石墨烯上的钴原子是强力的结合体

admin

        掺杂氮和钴原子增强石墨烯已经被证明是一种有效和耐用的催化剂，用于从水中制取氢气，据科学家莱斯大学介绍。
        莱斯大学实验室化学家James Tour和来自中国科学院、圣安东尼奥德克萨斯大学及休斯顿大学的同事们合作，报道了开发一种坚固的固态催化剂，有望取代昂贵的用于制备氢气的铂催化剂。
        催化剂会把水分解为构成它的氢和氧原子，燃料电池所需的工艺。这项发表在《Nature Communications》期刊的最新发现是迈向低成本能源催化剂的重要一步，据研究人员说。
        “这篇论文的特殊之处在于，我们展示了不使用金属颗粒，不使用金属纳米粒子，而是使用原子，”Tour说。“用于化学反应的粒子小到是你能够获得的。”
        甚至纳米尺度的粒子只在表面上起作用，他说。“在纳米颗粒中有很多原子不会起到任何作用。但在我们的工艺中，驱动催化反应的原子附近没有金属原子。我们成功地几乎不使用钴元素，制成了与最好的铂催化剂相似的催化剂。“在对比测试中，他说新材料几乎与铂的反应效率相近，在较低的开始电压发生反应，开始电压即使水开始分离成氢和氧所需要的电量。
        新型催化剂被混合成溶液，可被减小为纸一样的材料或被用作表面涂层。Tour说单原子催化剂已在液体中实现，但很少在表面上。“按这种方式，我们可以制备这种材料构成的电极，”他说。“应该很容易被集成到设备上。”
        研究人员发现热处理的石墨烯氧化物和气体环境中少量的钴盐会迫使单个钴原子键合到材料上。
        电子显微镜图像显示钴原子广泛地分散在整个样本中。
        他们测试了只通过氮掺杂的石墨烯，发现它缺少适应催化过程的能力。但当添加非常少量的钴时，显著增加了其分离酸或碱性水的能力。
        “这是一种极高性能的材料，”Tour说。他指出铂-碳催化剂仍然拥有最低的起始电压。“毫无疑问，它们是最好的。但新型催化剂的性能非常接近铂催化剂，而且更容易生产并且便宜数百倍。”
        Tour说，由于它的高比表面积、稳定性和高导电性，原子层厚的石墨烯是理想基底。经过10小时加速退化实验室研究之后，新型催化剂样品只显示出略微的降低。