新加坡国立大学(NUS)的科学家们开发出可以提高基于石墨烯的固态催化剂设计指南(npj 2D材料与应用(npj 2D Materials and Applications,)，“石墨烯反应性的基板工程：高性能石墨烯基催化剂)，以提高其在工业应用中的催化效率。

催化剂被广泛应用于化学工业中，通过提供合成化学品和化合物的替代品使制造过程更加有效和经济。基于石墨烯的固态催化剂(GBSSC)是一个新兴的研究方向，为石墨烯在化学品生产中的应用开辟了新的机遇。石墨烯具有非常高的比表面积与比体积，有望成为下一代高性能催化剂。

然而石墨烯本身是化学惰性的，需要有效实用的方式“激活“它的催化潜力，很多文献中也已经提出了许多改性石墨烯的方法。包括引入掺杂剂、产生机械应变以及接枝官能团。

由于这些方法需要直接处理石墨烯(改变其结构或化学组成)，而石墨烯的高度化学惰性增加了改性难度，限制了改性石墨烯的可控性。通过计算机建模和模拟技术，新加坡国立大学物理与化学系的ZHANG Chun教授和他的研究小组开发出一种利用底层衬底中的缺陷(包括掺杂的异质原子或空位)改性石墨烯的方法。

图(a)衬底掺杂杂质时(图例中黄色代表金属元素)，负载的石墨烯和吸附的O2分子之间的电荷转移。蓝色(棕色)表示电子的累积(耗尽)(b)金属掺杂石墨烯基催化的一氧化碳氧化过程的能量分布(CO O2⇒CO2 O*)。显示了该过程的各种状态下计算的原子结构，有石墨烯催化剂存在下，反应势垒低至0.54eV，没有石墨烯催化剂时，高达3 eV。

该法避免了石墨烯的直接处理，可更好将石墨烯应用于工业应用催化。研究小组利用密集和全面的初始计算(使用基本原理)表明，基质中的某些类型的缺陷(取代金属杂质原子或空位)可以大幅提高负载石墨烯的催化性能。导致了氧分子在石墨烯上的强化学吸附，并大大降低了催化一氧化碳(CO)氧化反应的困难。

Zhang教授解释说：“改性石墨烯的杂质或空位让电荷更容易从石墨烯-基质接触区转移到O 2π*轨道，带来高反应性和催化活性。在没有电荷转移的情况下，O-O键能太强而不能再室温下进行CO氧化反应。而这种电荷转移减弱了吸附在石墨烯上用于CO氧化的氧分子的键能，促进了O-O键的断裂。我们的研究结果为新型高性能石墨烯固态系列催化剂铺平了道路，未来可应用于工业。”该团队计划与其他研究学者合作开发催化剂并探索其大规模应用的可能性。