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自从石墨烯上打了洞,氢气就再也挡不住了
2018.04.28   点击829次

可再生能源的未来可能更进一步。在石墨烯新的形态下,一种新型电极可以在酸性条件下完成析氢反应(HER),使得该技术变得既便宜又有效。

 

将水电解成氢气对于绿色经济中的能量储存至关重要。然而,其中一个主要障碍是贵金属电极的高成本。较为廉价的非贵金属可以工作,但主要是在碱性条件下,而且反应耗电很大。更有效的酸相反应则需要稀有金属如铂,成本很高。而且更糟糕的是,酸性电解质具有腐蚀性,会逐渐侵蚀“吃掉”金属,造成浪费。

现在,筑波大学领导的研究人员发现“多孔” 石墨烯可以解决这个问题。他们使用氮掺杂石墨烯薄片封装镍-钼(NiMo)电极合金。石墨烯被打满了纳米尺寸的孔洞,就像一个漏勺。 在ACS催化研究中,酸性条件下,新型HER体系使用常规非多孔石墨烯的性能已经明显优于电极。

在HER电极中使用石墨烯并不新鲜 - 这种柔韧的导电碳片非常适合缠绕芯金属。但是,在保护金属免受腐蚀的同时,石墨烯也会抑制其化学活性。在新的筑波系统中,所有重要的孔以两种方式促进反应,而完整的石墨烯部分保护金属。 

 

二氧化硅纳米粒子装饰的NiMo表面用来制造石墨烯孔洞,并在沉积石墨烯层时,在纳米粒子的位置留下了空隙,这些空隙造成的“条纹”是一种结构缺陷,但它们驱动电极的化学反应。

与普通石墨烯相比,条纹更亲水。这在酸性溶液中吸引水合氢离子H3O+),它在两种HER机制之一中起着至关重要的作用。 条纹在吸附单个H原子方面也很出色,这为其他重要的HER工艺提供了额外的表面积。结果,H2的产生与传统(但昂贵)的Pt/C电极一样有效 。同时,石墨烯的无孔部分延迟了金属催化剂溶解在酸中。

研究人员表明,未来多孔石墨烯可以针对各种金属进行定制,从而将氢气生产的效率推向更高的层次。 

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