中美合作開發(fā)了將鈷負載于摻氮石墨烯上的水電解制氫催化劑

化學家James Tour在Rice大學的實驗室團隊與其在中國科學院、圣安東尼奧的得克薩斯大學以及休斯敦大學的同事們一起開發(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原子的形式分散在摻雜氮的石墨烯上(Co-NG)，在超電勢很低的含水介質中非常耐用，活性很高。對比試驗結果表明，這種新材料幾乎達到了鉑的效率，能夠在低起始工作電壓下開始反應。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)中已經實現了，但處于表面還很少見。這種能力使得建立電極成為可能，應該容易整合到電解裝置中去。研究人員發(fā)現，在氣態(tài)環(huán)境下對石墨烯氧化物和少量鈷鹽進行熱處理，可使單個鈷原子結合到石墨烯材料中。電子顯微圖像表明鈷原子在整個樣品中廣泛分散。他們測試了氮摻雜的石墨烯，發(fā)現該物質本身并不能觸發(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。只有一個原子厚度的石墨烯是理想的基質，因其具有高比表面積、在苛刻操作條件下的高穩(wěn)定性以及高導電性。這種新催化劑的樣品經過實驗室10 h加速老化后，活性幾乎不下降。相關論文發(fā)表在自然通訊(Nature Communications)雜志上。

[程薇摘譯自Green Car Congress，2015-10-21]