水由氧气和氢气组成，分解水分子以产生氢气作为燃料是替代能源的一种有前途的途径。使氢气生产成为现实的主要障碍之一是当前的水分解方法也导致形成过氧化氢：这既影响反应效率又影响生产过程的稳定性。来自魏茨曼科学研究所和埃因霍温科技大学的以色列和荷兰研究人员通过控制反应中的电子自旋，成功地几乎完全抑制了过氧化氢的产生。该小组本周在“美国化学学会杂志”上发表了这些研究结果。氢的有效生产为利用太阳能分解水铺平了道路。
目标是用光电化学(太阳能)电池生产氢气，用光分解水。遗憾的是，到目前为止，水分子的分离效率相对较低，并且作为副产物形成的过氧化氢腐蚀了一些电极，因此进一步降低了该方法的效率。
电子自旋
由Weizmann科学研究所的教授Ron Naaman和埃因霍温科技大学的Bert Meijer领导的研究人员是第一个专门研究自旋的作用 - 内部磁矩 - 参与这些基本的电子，氧基化学反应。他们假设如果两个自旋都可以对齐，就不会形成过氧化氢，因为过氧化氢的基态需要两个具有相反自旋的电子。相反，当电子具有平行自旋时产生氧气。
期望超过了
成功的秘诀在于：研究人员介绍了其中一个光电化学电池电极 - 氧化钛阳极 - 含有手性的有机涂料(彼此镜像的分子)，有机涂料的超分子结构。这些独特的结构使得科学家们只能注入电子，它们的自旋在一定方向上排列成化学反应。这项工作是基于Naaman实验室小组先前的研究结果，证明了电子通过手性分子的传输是有选择性的，这取决于电子的自旋。“对水分解的影响超出了我们的预期，”Naaman说。“过氧化氢的形成几乎完全受到抑制。我们还发现细胞电流显着增加。
研究人员尚无法准确说明这一发现能够提高氢气生产效率的程度。“我们的目标是能够控制反应并了解究竟发生了什么，”Meijer解释道。“在某些方面，这是一个好运，因为超分子结构最初并不是为了这个目的。它表明超分子化学作为一个基础研究领域是多么重要，我们正忙于优化这一过程。
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