分解水分子以产生氧气的电化学反应是生产运输用替代燃料的多种方法的核心。但这种反应必须由催化剂材料来促进，而今天#39；s版本要求使用稀有且昂贵的元素，如铱，这限制了此类燃料生产的潜力。现在，麻省理工学院和其他地方的研究人员已经开发出一种全新的催化剂材料，称为金属氢氧化物有机骨架（MHOF），它由廉价且丰富的成分制成。材料系列允许工程师精确调整'；它的结构和组成可以满足特定化学过程的需要，然后可以匹配或超过传统的、更昂贵的催化剂的性能。
今天，麻省理工学院博士后袁帅、研究生彭家瑜、杨绍·霍恩教授、尤里·罗曼·莱什科夫教授和其他九人在《自然材料》杂志上发表了一篇论文，对这些发现进行了描述。
析氧反应是燃料、化学品和材料电化学生产中常见的反应之一。这些过程包括作为析氧副产品的氢气的产生，氢气可以直接用作燃料或用于生产其他运输燃料；制造用作肥料或化工原料的氨；以及减少二氧化碳排放以控制排放。
但没有帮助"；这些反应迟钝"；邵霍恩说"对于动力学较慢的反应，必须牺牲电压或能量来提高反应速率" 由于需要额外的能量输入，"；总体效率较低。因此'；这就是人们使用催化剂的原因；她说，因为这些材料通过降低能量输入自然促进反应。
但直到现在，这些催化剂"；都依赖于昂贵的材料或非常稀缺的后过渡金属，例如氧化铱，社区中已经做出了巨大的努力，以寻找基于地球丰富的材料的替代品，这些材料在活性和稳定性方面具有相同的性能，"；罗曼·莱什科夫说。该团队表示，他们已经找到了能够提供这种特性组合的材料。
Román-Leshkov说，其他团队已经探索了金属氢氧化物的使用，如镍铁氢氧化物。但这些材料很难适应特定应用的要求。然而现在，34；我们的工作非常令人兴奋，也非常相关的原因是我们'；我发现了一种通过纳米结构以独特的方式来调整这些金属氢氧化物的性质的方法"
该团队借鉴了一类相关化合物（MOFs）的研究成果，这种化合物是一种晶体结构，由金属氧化物节点与有机连接分子连接而成。研究小组发现，通过用某些金属氢氧化物取代这些材料中的金属氧化物，可以制造出精确可调的材料，这种材料也具有必要的稳定性，可以用作催化剂。
"你把这些有机连接物的链放在一起，它们实际上指导金属氢氧化物的形成，这些金属氢氧化物与这些有机连接物相互连接，然后堆叠起来，具有更高的稳定性，"；罗曼·莱什科夫说。他说，这有多方面的好处，通过允许对纳米结构图案进行覆盖，允许对电子特性进行精确控制，还可以提供更大的稳定性，使它们经得起长时间的使用。
在测试这些材料时，研究人员发现了催化剂#39；绩效为"；令人惊讶的是"；邵霍恩说"它与催化析氧反应的最新氧化物材料相当"
他们说，这些材料主要由镍和铁组成，应该比现有催化剂至少便宜100倍，尽管该团队尚未进行全面的经济分析。
这一系列材料"；真的提供了一个新的空间来调整催化水分解生成氢气的活性位点，减少能量输入，"；邵·霍恩说，为了满足任何特定化学过程的确切需求，都需要这种催化剂。
这些材料可以提供"；可调性提高了五倍"；彭说，与现有的镍基催化剂相比，只需用不同的金属取代化合物中的镍即可"这可能为未来的发现提供许多相关的途径" 这些材料还可以制成极薄的薄片，然后再涂到另一种材料上，进一步降低此类系统的材料成本。
到目前为止，这些材料已经在小型实验室测试设备中进行了测试，该团队目前正在解决将该过程扩大到商业相关规模的问题，这可能还需要几年时间。但是邵霍恩说，这个想法有很大的潜力，有助于催化生产清洁、无排放的氢燃料，因此"；我们可以通过这个过程降低氢气的成本，同时不受贵金属供应的限制。这一点很重要，因为我们需要能够扩大规模的制氢技术" 更多信息：Shuai Yuan等人，《可调金属氢氧化物——催化氧释放的有机框架》，自然材料（2022年）。内政部：10.1038/s41563-022-01199-0