这项工作由俄勒冈州立大学理学院的凯里阿科斯·斯蒂利亚努领导。他的团队开发了一种能够快速高效生产氢气的光催化剂。氢气被广泛用于车辆燃料电池，以及氨的生产、金属冶炼和塑料制造。
利用光加速化学反应
斯蒂利亚努表示，催化剂是一种在不发生永久性改变的情况下加速化学反应的物质。光催化剂的工作原理类似，但由光激活。吸收光后，材料达到更高的能量状态，并可以利用该能量更快速地驱动化学反应。
斯蒂利亚努说，发表在《美国化学会志》上的这些发现，可以为研究人员提供另一种减少温室气体排放和应对气候变化的工具。
他的研究集中在金属有机框架（MOFs）上，这是一种具有可精细定制结构的结晶多孔材料。
MOFs由被有机“连接体”分子包围的带正电的金属离子构成。它们微小的孔隙和可调节的结构使科学家能够针对不同应用微调其特性。
斯蒂利亚努说，理论上可能有数百万种不同的MOF结构。化学研究人员已经合成了近10万种，而另外大约50万种的性质已被预测。
不寻常的硫键驱动反应
在这项研究中，研究人员重点关注了一种名为BVR-19的MOF。该材料包含一种不寻常的硫化物-硫化物键，在光照下会暂时断裂，产生高活性的硫物种。
“有机组分承担了重要的工作，”斯蒂利亚努说。“我们的材料没有主要依赖金属原子，而是利用其含硫的有机结构单元来捕获光能，并将电子转移到需要产生氢气的地方。这代表了一种关于如何设计这些材料的不同思维方式。”
斯蒂利亚努补充道，这种方法意味着BVR-19不需要额外昂贵的金属催化剂。这可能使未来的光驱动制氢系统设计起来更简单。
该材料还有另一个潜在优势。BVR-19在室温下的水溶液中自发形成，这降低了制造它所需的能量。
传统氢气的更清洁替代品
使用催化剂分解水来生产氢气，可能比依赖天然气的主流工业方法更清洁。
那种被称为甲烷蒸汽重整的传统工艺在生产氢气的同时会释放二氧化碳。
现有的从水中制氢的方法通常依赖电催化，即利用电能驱动催化反应。这种方法的环境效益在很大程度上取决于电力的来源。为了保持可持续性和经济竞争力，电力必须来自低成本的可再生能源。
目前，通过甲烷蒸汽重整生产的氢气成本约为每公斤1.50美元，而绿氢的成本约为每公斤5美元。
更便宜绿氢的新设计规则
“我们的工作为设计能够降低绿氢成本的更好材料提供了蓝图，”担任俄勒冈州立大学材料发现实验室（简称MaD Lab）主任的斯蒂利亚努说。“通过改变金属同时保持材料的其余部分基本不变，我们发现了为什么某些版本的MOF比其他版本工作得更好。这些发现为创造更有效的太阳能燃料生产材料提供了新的设计规则。”
MaD Lab成员埃马纽埃尔·穆萨、迪伦·派尔、雅各布·莱萨德、安杰伊·格拉迪西亚克、安基特·亚达夫、塞拉斯·布莱斯特和普拉亚什·莫汉蒂，与俄勒冈州立大学的洛根·兰卡斯特、泰勒·克鲁格、闵秀·郑、盖伦·弗里茨、雅各布·赫斯基、黄洪亮、威廉·斯蒂克尔、季秀磊（大卫）、方崇和蒂姆·祖尔斯多夫共同参与了这项研究。
默多克慈善信托、国家科学基金会和俄勒冈州立大学理学院支持了这项研究。