加州大学伯克利分校（University of California, Berkeley）的化学家正在重新设计催化剂，他们的方法会，可以深刻影响化学工业，也会影响市场日益增长的氢燃料电池车辆。
辉钼矿（上部）是一种流行的催化剂，但反应只发生在边缘位置，就在圈内的地方，这里有钼硫硫呈三角形突出。加州大学伯克利分校/劳伦斯伯克利国家实验室的化学家们，创造的分子（下部），只有一个活性部位三角，可有效地把水转换成氢。来源：加州大学伯克利分校
催化剂这种材料，通常是金属，可加速化学反应，广泛用于合成化学品和药物。它们也用于汽车催化转换器，把燃烧的化学品改变为污染较少的排放物，它们还用于燃料电池，把水转换成氢。
然而，问题是，催化剂的化学反应只发生在边缘或材料的缺陷中，而大部分金属，通常是昂贵的铂，都是惰性的，会被浪费。
有一篇文章本周发表在《科学》杂志上，加州大学伯克利分校的化学家表明，如何制作一种催化剂，使它只包含边缘，而且证明，它可以进行催化，用水生产氢，很方便，因为常规催化剂的边缘和缺陷部位。
“这是一个概念上的进步，这种方式，我们考虑要用来生产氢气，这是一种清洁燃烧的燃料，而采用的水是一种可持续资源，”克里斯托弗•常（Christopher Chang）说，他是加州大学伯克利分校霍华德•休斯医学研究所研究员，也是化学副教授。“我们的新的催化剂只是第一代，但是，这项研究会给我们和团体带来一条途径，可以考虑如何提高功能活性部位的密度，这样，这些分子和材料就可以成为更有效的催化剂。”
目前，创造这些催化剂是在实验室进行，并不比使用传统催化剂便宜，但是，这些工作使克里斯托弗•常和其他人可以简化工艺，创造的材料具有数十亿个活性部位，都位于起皱的晶圆上，很像充满皱纹的土豆片，可以带来更便宜、商业上更可行的燃料电池催化剂。
“开发新的地球上丰富的催化剂，用于水的分解，这是一项重要的任务，全世界都在努力摆脱化石燃料，走向太阳能，”论文的合著者杰弗里•朗格（Jeffrey Long）说，他是加州大学伯克利分校的化学教授，也是劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory.）研究科学家。
克里斯托弗•常和他在加州大学伯克利分校的同事，采用一种普通的催化剂，就是辉钼矿（molybdenite），因为它比铂金（platinum）更便宜，而且日益依赖于用作燃料电池催化剂。因为包含钼和硫（MoS2：二硫化钼），所以，这种材料催化反应，比如把水分解成氢气和氧气，就只发生在边缘，这里，呈三角形的钼和两个硫原子伸出来，就像一面三角旗。
“这些边缘部位看起来就像钼-硫-硫（MoSS）三角形，而就是这个三角区起作用，” 克里斯托弗•常说。
使用复杂的有机合成技术，克里斯托弗•常说，他和他的同事们创造了一种小型碳框架，可以容纳钼-硫-硫三角形，这样，“每一个分子就都有一个离散的边缘部位，这也就是一个催化活性单位。”
这些单分子催化剂大量倾倒在酸性水中，甚至海水中，它们就会生成氢，好几天不会停下来。
在今后的研究中，克里斯托弗•常希望，把数十亿个这样的分子聚集在薄薄的多皱晶圆上，从而最大限度地增加给定体积的催化位点数量，提高最终效率。
“还有许多其他类型的材料，人们希望生成边缘部位的碎片，而不是使用成块材料，这些材料只有很少的边缘和缺陷点位，”克里斯托弗•常说。“因为氢被认为是一种清洁燃烧的燃料，不产生二氧化碳，因此，创造更便宜和更好的催化剂就成为很重要的研究领域。主要推动力是采用地球上更丰富的材料，而不是采用稀有金属，比如铂。”
