新型石墨烯催化剂显示出清洁,廉价的氢气生产的希望 2017-03-11 02:27:13

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据莱斯大学的科学家称,一种15微米厚的新催化剂几乎与铂基催化剂一样有效,但成本要低得多

催化剂由氮掺杂石墨烯和单独的钴原子组成,可激活该过程(图片来源:旅游集团/莱斯大学)莱斯大学的一项新研究表明,掺杂氮和增加钴原子的石墨烯已被证明是一种有效,持久的催化剂,用于从水中生产氢气化学家詹姆斯·莱特的赖斯实验室及其同事在中国科学院,德克萨斯大学圣安东尼奥分校和休斯敦大学都报告了一种强大的固态催化剂的开发,这种催化剂有望取代昂贵的铂生成氢催化剂可以将水分解成氢和氧原子,燃料电池所需的过程最新发现,详见Nature Communications,是降低成本的重要一步根据研究人员的研究,莱斯大学化学家James Tour实验室的视频显示,由氮掺杂的石墨烯和钴原子制成的新催化剂从水中吸取氢气“这篇论文的独特之处在于我们没有使用金属粒子,不是使用金属纳米粒子,而是使用原子,“Tour说”做这种化学的粒子就像你可能得到的一样小“甚至纳米尺度上的粒子只在表面上起作用,他说”有纳米粒子里面的这么多原子从来没有做过任何事情但是在我们的工艺中,驱动催化的原子在它们旁边没有金属原子我们用很少的钴来制造催化剂,几乎与最好的铂催化剂相匹配“在对比试验中,他说,这种新材料几乎与铂的效率相匹配,开始以低起始电压作出反应,开始将水分解为氢气和氧气所需的电量Th e新催化剂作为溶液混合,可以还原为纸状材料或用作表面涂层Tour说单原子催化剂已经在液体中实现,但很少在表面上实现“这种方式我们可以构建电极它说,“它应该很容易融入设备”研究人员发现在气体环境中热处理氧化石墨烯和少量钴盐迫使单个钴原子与材料结合电子显微镜图像显示钴原子广泛分散在整个样品中他们自己测试了氮掺杂的石墨烯,发现它缺乏将催化过程引入齿轮的能力

但加入极少量的钴显着提高了它分解酸性或碱性水的能力“这是一个非常高的 - 性能材料,“Tour说他指出铂碳催化剂仍然具有最低的起始电压”毫无疑问,它们是最好的但是它非常接近它和mu由于其高表面积,在恶劣的操作条件下的稳定性和高导电性,新催化剂的样品显示出活性后的活性可忽略不计,因此更容易生产并且数百倍便宜“原子厚石墨烯是理想的基材实验室进行了10个小时的加速降解研究本文的合着者是赖斯研究生Huilong Fei和Gonglan Ye,博士后研究员Nam Dong Kim,校友Errol Samuel和Zhiwei Peng,以及材料科学系主任Pulickel Ajayan和NanoEngineering,Benjamin M和Mary Greenwood Anderson工程学教授和Rice化学教授;中国科学院北京同步辐射装置的Juncai Dong和Dongliang Chen,北京;研究助理M Josefina Arellano-Jiménez和JoséYacamán,德克萨斯大学圣安东尼奥分校物理系主任;休斯顿大学电气与计算机工程副教授,朱竺,范勤,吉明宝,TT和WF Chao化学教授,材料科学,纳米工程和计算机科学教授 该研究由空军科学研究院多学科大学研究计划,国立卫生研究院少数民族健康与健康差异研究所,韦尔奇基金会和国家自然科学基金会出版:Huilong Fei等人资助

al,“氮原子钴在氮掺杂石墨烯上产氢”,Nature Communications 6,货号:8668; doi:101038 / ncomms9668来源:赖斯大学迈克威廉姆斯