中美合作開發(fā)了將鈷負(fù)載于摻氮石墨烯上的水電解制氫催化劑

化學(xué)家James Tour在Rice大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)與其在中國(guó)科學(xué)院、圣安東尼奧的得克薩斯大學(xué)以及休斯敦大學(xué)的同事們一起開發(fā)了一種耐用的固態(tài)催化劑，有望取代昂貴的鉑用于電解水制氫。這種新的電解催化劑是將極少量的鈷以單個(gè)原子的形式分散在摻雜氮的石墨烯上(Co-NG)，在超電勢(shì)很低的含水介質(zhì)中非常耐用，活性很高。對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明，這種新材料幾乎達(dá)到了鉑的效率，能夠在低起始工作電壓下開始反應(yīng)。新催化劑混合成溶液，可以濃縮為像一張紙一樣的材料，或者用作表面涂層。這種單原子催化劑在液態(tài)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，但處于表面還很少見。這種能力使得建立電極成為可能，應(yīng)該容易整合到電解裝置中去。研究人員發(fā)現(xiàn)，在氣態(tài)環(huán)境下對(duì)石墨烯氧化物和少量鈷鹽進(jìn)行熱處理，可使單個(gè)鈷原子結(jié)合到石墨烯材料中。電子顯微圖像表明鈷原子在整個(gè)樣品中廣泛分散。他們測(cè)試了氮摻雜的石墨烯，發(fā)現(xiàn)該物質(zhì)本身并不能觸發(fā)催化電解水過程。但是加入極少量鈷就極大地提高了其分解酸性或堿性水的能力。只有一個(gè)原子厚度的石墨烯是理想的基質(zhì)，因其具有高比表面積、在苛刻操作條件下的高穩(wěn)定性以及高導(dǎo)電性。這種新催化劑的樣品經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室10 h加速老化后，活性幾乎不下降。相關(guān)論文發(fā)表在自然通訊(Nature Communications)雜志上。

[程薇摘譯自Green Car Congress，2015-10-21]