这一步骤只是分裂水和制造氢气的一系列反应的一部分，但研究人员表示，结果表明，他们可以从自然中学习如何控制这些反应，制造出用于储能的耐用合成催化剂，例如燃料电池。

此外，天然蛋白质，一种酶，在其设计中使用廉价，丰富的金属，团队复制。目前，这些材料-称为催化剂，因为它们刺激反应-依赖于昂贵的金属，如铂。

“这种镍基催化剂真的非常快，”能源部太平洋西北国家实验室的合着者莫里斯布洛克说。“它比以前的催化剂记录保持器快了大约一百倍。从自然界来看，我们知道它可以用丰富而廉价的镍或铁来完成。”

填充债券

电能只不过是电子。当这些相同的电子在诸如氢气的分子中彼此化学键合时，它们将原子连接在一起。将电子填充到化学键中是存储电能的一种方式，这对于可再生的可持续能源如太阳能或风能尤其重要。当太阳不发光或风不吹时，将化学键转换回流动的电流允许使用储存的能量，例如在氢气上运行的燃料电池中。

电子通常存储在电池中，但Bullock和他的同事希望利用化学品中更紧密的包装。

“我们希望尽可能密集地存储能量。化学键可以在少量物理空间中储存大量能量，”美国能源部能源前沿研究中心之一PNNL分子电催化中心主任布洛克说。该团队还包括来自科罗拉多州杜兰戈的路易斯堡学院的访问研究员MonteHelm。

生物学一直密集储存能量。植物利用光合作用将太阳的能量储存在化学键中，人们在食用时会使用这些化学键。并且一种常见的微生物在称为氢化酶的蛋白质的帮助下将能量储存在氢气键中。

因为在自然界中发现的氢化酶不会持续那些由更坚韧的化学物质构成的氢化酶(想想纸与塑料)，研究人员想要拉出生物氢化酶的活性部分并用稳定的化学骨架重新设计它。

两加二等于一

在这项研究中，研究人员只研究了将水分解成氢气的一小部分，就像快进电影一样。在许多步骤中，最后有一部分催化剂具有两个氢原子，它们从水中被盗并将两者夹在一起。

催化剂通过从诸如水的源完全拆除一些氢原子并移动碎片来实现这一点。由于氢原子的简单性，这些碎片是带正电的质子和带负电的电子。催化剂将这些部件排列到正确的位置，以便它们可以正确地放在一起。“两个质子加两个电子等于一分子氢气，”布洛克说。

在现实生活中，质子将来自水，但由于研究小组仅检查了一部分反应，研究人员使用酸等水替代品测试其催化剂。

“我们研究了氢化酶并询问了这一点的重要部分是什么?”布洛克说。“氢化酶将质子移动到我们称之为质子继电器的地方。质子去的地方，电子将随之而来。”

能量的摆设

基于氢化酶的质子继电器，实验催化剂包含悬挂在主结构上并吸引质子的区域，称为“侧链胺”。胺侧链将质子移动到催化剂边缘的位置，而催化剂中间的镍原子提供带有额外电子的氢原子(这是计数的质子和两个电子)。

侧胺的质子是正的，而镍原子保持在带负电的氢上。彼此靠近，对立面吸引并且聚集体凝固成分子，形成氢气。

考虑到这一计划，该团队建立了潜在的催化剂并对其进行了测试。在他们的第一次尝试中，他们在镍中心周围放了一堆悬浮胺，认为会更好。测试他们的催化剂，他们发现它不能很快地工作。对催化剂如何移动质子和电子的分析表明，过多的悬浮胺阻碍了完美的反应。过多的质子被制成一种粘性催化剂，它会挤压它并减缓氢气形成反应。

像优秀的园丁一样，团队从催化剂中除去了一些悬浮的胺，只留下足以让质子脱颖而出，准备接受带负电的氢原子。

西方最快的猫

测试经过修整的催化剂后，该团队发现它的性能远远超出预期。起初它们使用的条件是不存在水(记住，它们使用水支架)，并且催化剂可以以每秒约33,000个分子的速率产生氢气。这比他们的自然灵感要​​快得多，每秒钟的灵感大约为10,000。

然而，大多数现实生活中的应用都会有水，所以他们在反应中添加了水，看看它的表现如何。催化剂运行速度快三倍，每秒产生超过100,000个氢分子。研究人员认为水可能有助于将质子移到悬浮胺上更有利的位置，但他们仍在研究细节。

然而，它们的催化剂有一个缺点。这很快，但效率不高。催化剂依靠电力运行-毕竟，它需要将这些电子填充到化学键中-但它需要的电量多于实际值，这一特性称为过电位。

布洛克表示，该团队对如何降低效率有一些想法。此外，未来的工作还需要组装催化剂，除了制造氢气之外还要分解水。即使具有较高的过电位，研究人员也看到了这种催化剂的巨大潜力。