据宾夕法尼亚州立大学的科学家称，一种用于检测氢气产生的新的、高度敏感的系统可能在寻求将氢气开发为化石燃料的环保和经济替代品方面发挥重要作用。

宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程和物理学教授文卡特拉曼·戈帕兰说，我们已经建立了一个新的系统，用于检测世界上最敏感的氢析出。这解决了一个尚未解决的问题，但这对于材料发现的发展很重要。

科学家们说，该工具可用于筛选有前途的光催化剂，这些材料在放入水中并暴露在阳光下时会促进将水分子分解成氢气和氧气的反应。该过程称为水分解，提供清洁和可再生的氢源，但效率低下，寻找合适的光催化剂来促进氢生产一直具有挑战性。

在一项研究中，该团队发现他们可以测试比以前更少量的光催化剂材料，并检测出非常少量的氢气或氢气释放，在每几十毫克材料每小时几十纳摩尔的范围内。他们最近在《科学仪器评论》上发表了他们的发现。

领导这项研究并建立系统的科学与工程的材料系研究生怀宇“Hugo”Wang说，如果你在析氢速率和所需光催化剂的质量这两个类别中排名较低，这意味着它是一个发现新光催化材料的非常敏感的系统。事实证明，我们的工作在这两个类别中都名列前茅。

开发光催化剂是一个深入研究的领域。在宾夕法尼亚州立大学，由材料科学与工程副教授 Ismaila Dabo 领导的科学家们最近使用一台超级计算机将 70,000 多种不同化合物的清单缩小到六种有希望的候选者。由杜邦材料化学教授 Raymond Schaak 领导的另一个团队在他们的实验室中合成了这些材料，但即使是少量的材料也是昂贵且耗时的。

由 Dabo 和 Schaak 共同指导的材料科学与工程研究生 Julian Fanghanel 说，典型的光催化剂使用非常昂贵的稀有和贵金属，例如铂。对于这个项目，我们正在制作数十个材料样品，因此大量制作它们不切实际、耗时且成本高昂。

Gopalan 说，新系统将允许科学家测试少量的这些材料，并将精力集中在最有希望的候选者上。但是到了测试样品的时候，研究人员发现商用设备不够灵敏，所以 Gopalan 和 Wang 自己建造了。

Dabo 说，他们从头开始开发了一种独特灵敏的气相色谱装置，用于可重复地检测氢气，这有助于验证我们的计算预测。这种新开发的能力是确认发现用于太阳能制氢的新光催化剂的关键推动力。

科学家们说，与商业装置不同，新设计可以测试裸露状态的光催化剂。为了有效，光催化剂需要助催化剂和其他进一步提高其效率的技术。例如，黄金标准是添加铂颗粒作为助催化剂的二氧化钛。没有这些附加物的光催化剂被认为是裸露的。

王说，当我们研究新材料时，我们不知道正确的助催化剂是什么。简单的答案是 - 检测裸露形式是帮助指导材料发现过程方向的最快方法。

科学家们说，作为研究的一部分测试的两种光催化剂材料的性能优于裸露状态的二氧化钛。研究结果表明，对这些材料的进一步研究可以产生有前途的光催化剂。

如果你有一种性能比二氧化钛好得多的裸化合物，那么我们知道这是一种潜在的优化材料。如果我们为这些材料找到合适的助催化剂，我们可以将它们提高几个数量级或数量级，这些材料最终可能用于水分解。

科学家们表示，该系统价格合理，易于使用市售组件构建。它具有低泄漏率和小反应室体积尺寸的特点，与传统的气相色谱系统相比，它对析氢的检测灵敏度提高了三个数量级。

Gopalan 说，这不是一项全新的技术，它只是卓越的工程。它的价值在于它是一个简单、经济高效的系统，任何人都可以构建。如果他们这样做了，他们发现新光催化剂的研究将会更快。