研究人員已經開發出一種新型的、具有成本效益的、無金屬的多孔有機催化劑，通過收集機械能來高效制氫。

　　為了減少全球變暖和化石燃料的相關影響，向基于可再生能源的可持續替代品過渡變得越來越重要。綠色氫（H?）燃料在燃料電池中使用時，不會產生直接的碳排放，只會產生水的副產品，是一種改變游戲規則的可再生能源和清潔燃燒能源。認識到綠色氫在可持續能源中的關鍵作用，印度政府啟動了國家綠色氫使命，以推動大規模生產，促進研究和創新，并將該國定位為氫經濟的全球領導者。

　　在環境友好的制氫方法中，整體水分解作為一種有效且可擴展的技術脫穎而出，該技術依賴于催化策略，因為反應的能量很高。壓電催化是一種很有前途的催化技術，它利用壓電材料的機械擾動來產生載流子，用來催化水的分解。

　　在最近的開創性研究工作中，班加羅爾賈瓦哈拉爾·尼赫魯高級科學研究中心（JNCASR）材料化學和物理部門的Tapas K. Maji教授（印度政府科技部下屬的自治機構）和他的研究團隊開發了一種用于壓電催化水分解的無金屬供體-受體共價有機框架（COF）。這項發表在《高級功能材料》雜志上的研究表明，有機供體分子三（4-氨基苯基）胺（TAPA）和受體分子二甲基二酐（PDA）受體之間的亞胺鍵建立了共價有機框架（COF），表現出獨特的鐵電（FiE）有序性，在水裂解生成氫氣方面表現出有效的壓電催化活性。

　　這一發現打破了僅使用重金屬或過渡金屬基鐵電（FE）材料作為壓電催化劑催化水裂解反應的傳統觀念。傳統的FE材料只有有限的電荷局限在表面，這通常導致其壓電催化活性迅速飽和。相比之下，在COF中，由于較大的局部電場，五次排序在孔表面提供了數倍的電荷增加。COF的海綿狀多孔結構允許水分子的擴散有效地進入并利用這些電荷載體進行催化，從而獲得超高的氫氣產率，并且優于所有基于氧化物的無機壓電催化劑。

　　利用簡單的供體分子如TAPA和受體分子如PDA， Maji教授和他的研究小組建立了一個具有強電荷轉移特性的COF系統，該系統可以產生偶極子（正負電荷之間的分離）。

　　TAPA單元具有獨特的類似螺旋槳的形狀，它們的苯環扭曲和傾斜，打破了結構的平坦對稱性，幫助它達到更穩定、更低能量的狀態。來自JNCASR的Umesh V. waghmar教授和他的團隊是這項研究的合作者，他們通過理論分析表明，這種COF具有不尋常的電子結構，其能帶通過偶極序相互耦合和共振。這導致晶格結構不穩定，導致五階有序。這五個偶極子與材料中靈活的扭曲分子運動相互作用，使它們對機械壓力作出反應。因此，在機械刺激下，該材料可以產生電子-空穴對，使其成為一種高效的水裂解制氫的壓電催化劑。

　　除了JNCASR之外，印度浦那科學教育研究所的Supriya Sahoo博士和Ramamoorthy Boomishankar教授以及波蘭Wroc?aw科技大學的Jan K. Zar?ba教授也為目前的跨學科研究做出了重要貢獻。

　　利用一種低成本、無金屬的系統，通過收集機械能獲得高氫氣產量，開辟了一條基于多孔非均相催化劑的綠色氫新途徑。

　　（素材來自：JNCASR 全球氫能網、新能源網綜合）