Materials Studio应用案例 | 改善催化剂设计以提高能效-每日播报

可持续性问题引起了人们对寻找替代能源的浓厚兴趣

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发表时间：2018年2月14日

BIOVIA Technical Marketing

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可持续性问题引起了人们对寻找替代能源的兴趣，目的是替代我们所熟知和依赖的化石燃料。在过去的几年里，许多专家学者参与了关于建造风车和在建筑物上安装太阳能电池的讨论。鉴于我们的环境状况与传统能源相关的局限性，时机似乎已经成熟，可以加强这一领域的研究和创新。

一种特别有吸引力的潜在能源以一种匪夷所思的形式出现：水。如果水可以分解成各自的成分，我们就可以获得氢能形式的可再生能源。产生氢气并不是什么新鲜事，但目前的生产方法需要化石燃料作为原始材料。采用水分解将减少我们社会对化石燃料的依赖，进一步支持可持续发展目标。更幸运的是，太阳能可以用来启动水分解过程。那么，是什么阻止了氢燃料的广泛采用以及产生氢燃料的水分解过程呢？不幸的是，与许多替代能源一样，该过程尚未针对经济性和效率进行优化——但新的研究可以让我们深入了解并改进用于水分解的催化剂设计。

利用催化剂设计进行水分解可以解决当前工艺问题

该研究找到了一种优化铂替代催化剂的方法，铂通常在水分解过程中使用。研究人员认为，经过进一步优化，二硫化钼可能是一种更有效的替代品，可以代替昂贵的贵金属。优化二硫化钼的关键取决于在材料中产生并进一步拉紧硫空位。虽然这些应变硫空位的确切机制仍不清楚，但研究表明它们转移电子的速度是以前的四倍[1]。这些发现为改进水分解催化剂的设计提供了新途径。使用金属氧化物和其他地球上储量丰富的材料作为催化剂是理想的选择，因为它们价格低廉且可再生。虽然我们的社会对可再生能源越来越感兴趣，但除非成本低，否则不太可能放弃传统的化石燃料。不幸的是，在目前的形式下，这些新材料往往有一些缺点，例如光吸收差和载流子迁移率有限[2]。如果能够改变它们的特性以提高催化剂性能，那么将是一个很大的福音，也是使氢燃料成为走进现实应用的第一步。

数字解决方案可以帮助组织努力改进水分解催化剂设计

尽管上述研究取得了令人鼓舞的结果，但设计更具反应性的催化剂并不是唯一的路。化学的一个基本原则是，材料越活泼，就越不稳定[3]。不稳定的材料有可能更快地降解，使它们不适合工业和商业用途，因为它们的寿命较短。在考虑水分解催化剂设计时，研究人员也需要考虑到这一点。

但是研究人员如何优化催化剂以使其具有高反应性并延长其使用寿命？数字解决方案或许可行。数字方案对潜在结构进行建模并通过模拟环境预测其属性和行为。这种方法不仅可以简化催化剂开发过程，还可以简化工作流程。研究人员不必专注于各种各样的潜在催化剂，而是可以优先考虑最有希望的催化剂，从而节省时间和金钱。

与水分解催化剂设计相关的另一个重要方面是合作。例如，二十年前，二硫化钼首次作为潜在催化剂被提出。如果没有之前 40年的研究，想得出最近几年的研究结果是不可能的。想象一下管理这些数据所付出的努力：共享、组织、搜索和提取有用的见解。在现代世界中，这样的能力已成为研究机构的必要条件。除了支持建立在数十年工作基础上的研究之外，这样的能力对维护当今的跨国组织和伙伴关系也有很大的好处。

尽管在氢燃料的广泛采用成为现实之前，还需要在水分解催化剂设计方面投入大量工作，但我们正在朝着这个未来稳步前进。通过使用正确的工具，能源公司可以进一步开发经济上可行且高效的催化剂。通过创新和投资，有一天我们或许能够看到可持续能源与传统燃料资源并驾齐驱的场面。

BIOVIA 提供各种数字解决方案，专为寻求当今具有生态意识的世界开发可持续产品和工艺的公司量身定制。BIOVIA 提供一套完整的流程，支持从事化学和材料研究组织的各种努力。其解决方案中包含 Materials Studio，这是一个完整的建模和模拟环境，使研究人员能够通过预测新材料的特性和行为来开发和筛选材料。

公司介绍

东方科软（北京）科技有限公司成立于2016年10月，主要服务材料科学与生命科学两大领域的用户。

公司与达索深入合作，为客户提供Materials Studio、Discovery Studio、COSMOlogic、Pipeline Pilot等模拟仿真软件、技术咨询、技术培训及技术支持服务，为材料和药物的设计与创新提供综合解决方案。

公司拥有一支专业的技术服务团队和资深的专家咨询团队，专业背景覆盖材料科学、物理、化学化工、石油石化、生物医药等重要领域，能为用户提供专业、高效、快捷、精准的技术支持与服务。

参考文献：

[1] “Kinetic Study of Hydrogen Evolution Reaction over Strained MoS2 with Sulfur Vacancies Using Scanning Electrochemical Microscopy,” March 19, 2016, http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.6b01377

[2] “Functionalized metal oxide nanostructures as catalysts for solar water splitting,” April 22, 2016, http://spie.org/newsroom/6099-functionalized-metal-oxide-nanostructures-as-catalysts-for-solar-water-splitting

[3] “A new mechanism for catalyzing the splitting of water,” March 29, 2016, http://news.mit.edu/2016/new-mechanism-for-catalyzing-splitting-water-0329

*本文译自达索官网BLOG，如需查看原文，可点击“阅读原文”。

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