科学家通过新方法提高化学反应效率有助于燃料和化学品“脱碳”
据外媒报道，一种新方法提高了化学反应的效率，这些反应是许多工业过程的关键。使用催化剂加速的电化学反应是制造和使用燃料、化学品和材料的许多过程的核心–包括用化学键储存来自可再生能源的电力，这是运输燃料去碳化的一项重要能力。现在，麻省理工学院的研究可能为使某些催化剂更加活跃打开了大门，从而提高了此类工艺的效率。
一种新的生产工艺产生的催化剂将化学反应的效率提高了五倍，有可能使生物化学、有机化学、环境化学和电化学的有用新工艺成为可能。研究成果发表在《自然-催化》杂志上。
该过程涉及在金或铂催化剂和化学原料之间添加一层所谓的离子液体。用这种方法生产的催化剂有可能使氢气燃料更有效地转化为燃料电池等动力装置，或更有效地将二氧化碳转化为燃料。
在燃料电池等电化学装置中使用氢气是使航空和重型车辆等领域脱碳的一种有希望的方法，而这种新工艺可能有助于使这种使用成为现实。目前，为此类燃料电池提供动力的氧还原反应因其效率低下而受到限制。以前为提高该效率所做的尝试主要集中在选择不同的催化剂材料或修改其表面成分和结构。
然而，在这项研究中，研究小组没有修改固体表面，而是在催化剂和电解质（参与化学反应的活性材料）之间增加了一个薄层。他们发现，离子液体层可以调节质子的活性，帮助提高界面上发生的化学反应的速度。
因为有大量这样的离子液体可供选择，所以有可能”调整”质子活性和反应速率，以匹配涉及质子转移的过程所需的能量，这可用于通过与氧气反应制造燃料和化学品。
质子活性和质子转移的障碍由离子液体层控制，因此在涉及质子和电子转移的反应的催化活性方面有很大的可调性。而且这种效果是由一个极薄的液体层产生的，只有几纳米厚，上面是一个要进行反应的更厚的液体层。
这项研究发现强调了界面电解质，特别是分子间的氢键，在提高电催化过程的活性方面可以发挥关键作用。它还提供了关于量子力学层面的质子转移机制的基本见解，这可以推动了解质子和电子在催化界面上如何互动的前沿。
