模仿光合作用生产无污染燃料

科学家们美国能源部布鲁克海文国家实验室日本分子科学研究所正试图模拟部分复杂的自然光合作用过程，目的是制欧洲杯线上买球造无污染的燃料，例如用于燃料电池的氢。2008年3月10日，《无机化学》杂志网络版发布了“制造氧气”的论坛，科学家们报告说，他们能够模拟自然光合作用中发生的“水氧化催化”。

水氧化是光合作用中的一个步骤，是“水分解”的一部分——将水分解成氢和氧，这是一个非常复杂的过程。水分解需要来自阳光和金属催化剂的大量能量来激活非常稳定的水分子。它以两个独立的“半”反应的形式发生:水氧化产生氧气、质子和电子;然后这些质子和电子结合形成氢分子。

“水的氧化反应通常被认为是一个‘限制’过程，这意味着如果它没有被有效催化，就会限制氢的产生，”布鲁克海文的化学家詹姆斯·Muckerman说，他是这篇论文的合著者。“没有水氧化产生的质子和电子，就无法维持氢的生成。因此，为了从水中提取氢用于燃料电池，我们必须应对高效、廉价的水氧化的挑战。”

布鲁克海文的化学家藤田越子(Etsuko Fujita)是这篇论文的合著者，他解释了布鲁克海文团队是如何与日本科学家田中浩二(Koji Tanaka)和和田通(Tohru和田)合作的，后者在2001年发现了一种新的催化剂，似乎很有希望用于水的氧化。

她说:“我们正在结合理论和实验研究，以确定这种钌配合物与结合的醌分子如何有效催化水氧化形成氧。”

为了完成水氧化反应，Tanaka和Wada将钌催化剂固定在电极上，将其置于水溶液中，并施加电压，导致水迅速氧化为氧。该研究小组还包括布鲁克海文的Dmitry Polyansky，他们继续合作进行进一步的研究，以了解催化剂如何工作的细节。

科学家们发现，由于溶液中的酸碱反应，两个水分子的质子被移走时，四个电子转移到了催化剂中的电子受体位置。一旦所有的质子都被移除，理论计算预测一个氧-氧键就形成了。

使他们的催化剂“新颖”的是，在大多数金属基化合物催化剂中，这些电子受体位置位于金属原子上，但在这种钌复合物中，受体位置在醌分子上。需要更多的理论和实验研究来充分理解和完善含醌催化剂的机理。

的好处

与目前的方法相比，从水中生产氢有几个好处，包括天然气的蒸汽重整，它会在生产氢的同时产生二氧化碳。目前，化石燃料燃烧产生的热量被用于驱动蒸汽重整过程，从而产生更多的副产品二氧化碳，所有这些都加剧了全球变暖。通过分解水来制造氢不会增加大气中的二氧化碳。

此外，从天然气中产生的氢含有残余的一氧化碳，这可以“毒害”燃料电池中昂贵的电极，需要更换。水产生的氢不含一氧化碳，因此不会使燃料电池电极中毒。

Muckerman说:“我们的催化剂中的钌有点贵，所以我们计划继续研究更经济的催化剂，包含更便宜的金属。”

在未来以氢为基础的经济中，水分解产生的氢也可以直接用于燃烧。

美国能源部的基础能源科学办公室(BES)在其科学办公室资助了布鲁克海文实验室的这项基础研究。欧洲杯线上买球这项研究是BES氢燃料计划的一部分。