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筑波大学:石墨烯冲压孔提高制氢效率

文章来源: 全球石墨烯       发布时间:2018-05-16

研究人员推动可再生能源向未来更近了一步。一种可以在酸性条件下完成析氢反应(HER)的新型电极使该技术既经济又有效,其过程由一种灵巧的石墨烯帮助完成。


电解水制氢对绿色经济中的能量储存至关重要。然而,主要障碍之一是贵金属电极的成本较高。廉价的非贵族电极工作主要是在碱性条件下,其反应会出现电力短缺。更有效的酸相反应则需要稀有的商品金属,如铂。


筑波大学:石墨烯冲压孔提高制氢效率


现在,Tsukuba大学的研究人员发现的“多孔”石墨烯提供了解决问题的方法。他们使用氮掺杂石墨烯片来封装镍钼(NiMo)电极合金。重要的是他们把石墨烯冲压成满是纳米尺寸的孔,像漏勺一样。在ACS催化的研究中,他们证明处于酸性条件下,新的HER系统显著优于使用非多孔石墨烯的电极。


石墨烯并不是第一次在HER电极中被使用-这种柔性导电碳薄片是包裹在核心金属周围的理想材料。然而,在保护金属免受腐蚀的同时,石墨烯也抑制了它的化学活性。在新的Tsukuba体系中,最重要的孔以两种方式促进反应,而完整的石墨烯部分则起到保护金属的作用。


“我们通过用纳米二氧化硅修饰NiMo的表面来制造孔。”该研究的共同作者Kailong Hu解释说:“然后,当我们沉积石墨烯层时会在纳米颗粒位置留下间隙——就像一个浮雕艺术品。事实上,这些孔不仅仅是缝隙——它们被化学活性脊称为‘条纹’。从技术上讲,这些条纹属于结构缺陷,但它们驱动电极的化学活性。”


与常规的石墨烯相比,“条纹”的亲水性更强。这吸引了在酸溶液中的水合氢(H3O ),水合氢在两种HER机制之一中具有至关重要的作用。在吸附单个H原子时,“条纹”也很不错,这为其他重要的HER过程提供了额外的表面积。结果是它与传统(但昂贵)Pt/C电极在H2的产生上效率一样。同时,石墨烯的非多孔部分延缓了金属催化剂在酸中的溶解。


“这是析氢电极一个多用途的新概念。”第一作者Yoshikazu Ito说:“其目的是最小化反应所需的过电位。因此,它不限于一种特定的催化剂。我们通过优化孔的大小和数量来调节NiMo中特有的多孔石墨烯层。令人印象深刻的是,尽管有孔,催化剂仍然在酸中保持稳定。在未来,多孔石墨烯可以改性一系列的金属,推动氢的生产效率走向全面制氢。”



文章来自sciencedaily,文章题目:Punching holes in graphene to boost hydrogen production。

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