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日本团队设计出一种能在酸性条件下产生氢气的石墨烯电极


来源:中国粉体网   墨玉

[导读]  日本筑波大学的研究人员研制出一种石墨烯电极,能在酸性条件下产生氢气。

中国粉体网讯  日本筑波大学的研究人员研制出一种石墨烯电极,能在酸性条件下产生氢气。在绿色经济中,电解水产生氢气对于储能至关重要。然而,主要的障碍之一是贵金属电极的成本太高。廉价的金属电极在驱动析氢反应(HER)中起着很好的作用,但主要是在碱性条件下,反应是弱电性的。更有效的酸相反应需要贵金属例如铂。但问题是,酸性电解液具有腐蚀性,会侵蚀核心金属。


 


研究人员发现多孔石墨烯可以解决这个问题。他们使用氮掺杂石墨烯片来封装镍-钼(NiMo)电极合金,石墨烯含有大量纳米级的孔。研究人员表明,在酸性条件下的HER中多孔石墨烯明显优于无孔石墨烯。石墨烯在HER电极中的使用并不新鲜,这种柔性导电碳片是包裹核心金属的理想材料,不过石墨烯虽然能保护金属免受腐蚀,同时也抑制了它的化学活性。在筑波大学的研究中石墨烯的孔以两种方式促进反应,与此同时完整的石墨烯可以保护金属。


“我们通过用纳米二氧化硅修饰NiMo表面的方法创造了孔,”研究者之一的筑波大学胡凯龙博士解释说。“当我们沉积石墨烯层时,在纳米颗粒的位置留下了空白,就像浮雕艺术品。事实上,这些孔不仅仅是缝隙,而是“条纹”(fringes)。从技术上讲,这些条纹是结构缺陷,但它们可以促进电极的化学反应。


研究小组解释说,与普通的石墨烯相比,条纹更亲水。可以吸引在酸溶液中的水合氢(H3O+),H3O+在两种HER机制之一中起着至关重要的作用。这些条纹在吸附单个氢原子方面也很好,也为其他重要的HER过程提供了表面积。结果表明与这种电极与常规电极产生H2的效果一样。同时石墨烯的非多孔部分延缓了金属催化剂在酸中的溶解。“这是氢析出电极的一个多用途的新概念,”筑波大学的副教授Yoshikazu Ito说,他是这项研究的主要作者。“我们的目标是最小化反应所需的过电位,因此不限于一种特定的催化剂。我们通过优化孔的大小和数量来调整我们的多孔石墨烯层,特别是对NiMo。令人惊讶的是,尽管有很多孔,催化剂在酸性条件下仍然能保持稳定。在未来,很多金属都可以定制多孔石墨烯,推动氢生产的全面应用。

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