水鈉錳礦或可將水裂解為氫與氧

　　據美國物理學家組織網近日報道，由澳大利亞莫納什大學的科學家領導的一個國際研究小組日前發現一種常見的化合物，可在通過陽光將水裂解成氫氣和氧氣的過程中起到催化作用。該技術有望使現有制氫工藝獲得突破，使利用陽光大規模生產氫氣成為可能。相關論文發表在最新一期《自然—化學》雜志上。

　　莫納什大學化學系教授利昂·斯皮西亞說，這項研究的最終目的是找到一種廉價高效的方式，以陽光為動力對水進行分解，獲取氫燃料，從根本上解決人類目前所面臨的能源危機。為了達到這個目標，他們一直試圖通過復制植物光合作用方法，利用陽光將水分解成氫和氧，并在三年前獲得了成功。但新的研究表明，或許還有更簡單的方法同樣能夠奏效。

　　把水變成燃料的整個過程中最難的部分是將水分裂為氫氣和氧氣。由于錳是維持植物光合作用的基本化學物質，在整個化學反應中起關鍵作用，在此前復制光合作用的實驗中，斯皮西亞的研究團隊將一層質子導體薄膜覆蓋在一個電極上形成一層僅幾微米厚的聚合體膜，通過在其中注入錳的方式成功實現了對水的裂解。

　　新研究中，研究人員借助先進的分光鏡技術對這種催化劑進行仔細的研究，結果發現這種催化劑已經分解成了一種非常常見的物質——水鈉錳礦，很多巖石中都有這樣的物質。在整個反應過程中，錳會在兩種化合狀態間循環。首先，當被施加電壓時，錳會從水鈉錳礦中的二價錳轉化成為四價錳;而經過陽光照射后，水鈉錳礦中的錳又會返回二價錳。這個循環過程中便會產生氧氣、氫原子和氫電子。反應有兩個步驟，首先，兩個水分子被氧化形成一個分子的氧氣，四個帶正電荷的氫原子以及四個電子。第二步，質子和電子結合形成氫氣分子。因此，研究人員發現在整個過程中實際上是水鈉錳礦起了作用。

　　論文的共同作者，澳大利亞電子材料科學研究中心的羅薩莉·霍金解釋說，這種催化劑非常有趣，它與自然界中錳在海洋生物地球化學循環的作用非常接近。之前，科學家們花了很大的努力去合成維持植物光合作用的基本化學物質——錳，并以此來復制光合作用，但事實證明這些錳轉化成了一種在地球上很常見的物質。新研究指明了這一點，這或許會有助于加深人們對自然界中以錳為中心的，利用水、二氧化碳和陽光制造碳水化合物和氧氣這一自然過程的理解。同時，這項研究最終也將有助于生產出更多更便宜的制氫設備。