使用催化剂加速的电化学反应是许多制造和使用燃料、化学品和材料过程的核心，包括将可再生能源电力储存在化学键中，这也是使运输燃料脱碳的重要方式。据外媒报道，麻省理工学院（MIT）最近研究出新工艺，可使某些催化剂更具活性，从而提高此类过程的效率。

　　采用新工艺打造的催化剂可将化学反应的效率提高五倍，从而有可能在生物化学、有机化学、环境化学和电化学中产生有用的新工艺。相关内容已发表于期刊《Nature Catalysis》。论文作者为麻省理工学院机械工程和材料科学与工程教授、电子研究实验室（RLE）成员Yang Shao-Horn、RLE博士后Tao Wang、机械工程系研究生Yirui Zhang等。该工艺包括在金或铂催化剂和化学原料之间添加一层所谓的离子液体。用这种方法生产的催化剂有可能使氢燃料更有效地转化为燃料电池等动力装置，或者更有效地将二氧化碳转化为燃料。

（图片来源：麻省理工学院）

　　Shao-Horn表示：“脱碳迫在眉睫，涉及领域包括为除轻型车辆外的其他车辆提供动力的方式、制造燃料的过程以及制造材料和化学品的工艺。而这种增强催化活性的新工艺可以朝这个方向迈出重要的一步。”

　　在燃料电池等电化学装置中使用氢气非常具有潜力，可以使航空和重型车辆等脱碳，而新工艺会使此类用途更加实用。但目前，为这种燃料电池提供动力的氧还原反应因其效率低下而受到限制。之前的改善效率的方法多为采用不同的催化剂材料或修改它们的表面组成和结构。

　　然而在这项研究中，该团队没有修改固体表面，而是在催化剂和电解质之间添加了一个薄层，该活性材料会参化学反应。研究人员发现，离子液体层可以调节质子的活性，从而可提高界面上发生的化学反应的速率。

　　由于有多种此类离子液体可供选择，因此可以“调整”质子活性和反应速率以匹配涉及质子转移的过程所需的能量。其中，质子转移可用于通过与氧气反应制造燃料和化学品。

　　Shao-Horn表示：“质子活性和质子转移屏障由离子液体层控制，因此在涉及质子和电子转移的反应催化活性方面具有很大的可调节性。该效果由一层仅为几纳米的液体层产生，上面是一层更厚的液体以发生反应。”

　　该论文的第一作者Wang表示：“我认为这个新颖概念很重要，。人们知道质子活动在许多电化学反应中很重要，但研究起来且非常具有挑战性。这是因为在水环境中，所涉及的相邻水分子之间有很对相互作用，以至于很难分辨出哪些反应正在发生。通过使用离子液体，其离子只能与中间材料形成单键，因此可以使用红外光谱详细研究反应。”

　　Wang表示：“因此我们的发现突出了界面电解质，特别是分子间氢键在增强电催化过程活性方面的关键作用。该发现还在量子力学角度提供了对量子质子转移机制的基本认识，推动了解质子和电子在催化界面的相互作用。”

　　Zhang称：“这项工作也非常令人兴奋，可为人们提供调整催化剂的设计原则。我们需要一些处于‘最佳位置’的种类，其活性和惰性都不能太大，从而提高反应速率。”