科学家找到了可能可以替代铂金的催化剂

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        图片来源: TourGroup/Rice University

        图中扫描电子显微镜图像显示的是莱斯大学使用熔钴金属氧化物激光合成的石墨烯。这个材料可能是铂金或其他贵金属催化剂的合适替代者，用于燃料电池。比例尺为10微米。莱斯大学的化学家开发了石墨烯的一种独特形式，用一种方法将金属纳米颗粒嵌入到石墨烯中，从而将材料转变为可应用于燃料电池及其他应用的催化剂。
        激光诱导的石墨烯，是莱斯实验室的化学家James Tour去年发明的，这是一种带有多孔石墨烯表面的柔性薄膜，是通过将称为聚酰亚胺的普通塑料，暴露到商用激光刻光束下而产生。现在，研究人员已经找到一种方法使用活性金属来加强其产品。
        该研究发表在这个月的美国化学学会的杂志《ACS Nano》上。
        随着这个发现，被研究人员称之为“金属氧化物 - 激光诱导石墨”的物质（MO-LIG），成为了新的替换昂贵金属催化剂的候选人，如应用于催化燃料电池的铂金属，其在燃料电池中将氧和氢被转化为水和电。
        “这个过程的美妙之处在于，我们可以使用商用聚合物，并添加简单廉价的金属盐，”Tour说。 “然后，我们使其暴露在商用激光划线器下，会产生嵌入石墨烯的金属纳米颗粒。因此，大部分的化学由激光器完成，在室温下空气中产生石墨烯。
        “这些复合材料，含有小于1％的金属，可作为”超级催化剂“用于燃料电池应用。其他的方法来做到这一点，需要采取更多步骤和更昂贵的金属和昂贵的碳前体。”
        最初，研究人员使用市售的聚酰亚胺片制造这种激光诱导的石墨烯。后来，它们注入了液态聚酰亚胺和硼，以产生激光诱导石墨烯并储存电荷，这使之成为有效超级电容器。
        为最新的迭代中，他们混合了液体和三种含钴，铁或钼金属盐的浓度。每个混合物冷凝成薄膜后，他们用红外线激光进行处理，然后在氩气中750摄氏度下加热半小时。
        这一过程中产生坚韧的带有金属性的MO-LIG，10纳米粒子均匀涂抹于石墨烯之上。试验表明了其催化氧气还原的能力，这是在燃料电池中的基本化学反应能力。使用硫进行材料的进一步掺杂，可以产生析氢，这是另一个催化过程，会转换水分解成氢气，Tour说。
        “值得注意的是，简单用硫处理的石墨烯-氧化钼，将转化金属氧化物成为金属硫化物，提供了一个析氢反应的催化剂，这种做法具有广泛的实用性，”他说。
      来源：新材料在线