一個(gè)國(guó)際研究小組已經(jīng)提高了石墨烯催化“氫析出反應(yīng)”的能力，這種反應(yīng)通過電子通過水來釋放氫氣。他們?cè)O(shè)計(jì)了一種數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)的石墨烯電催化劑，并使用高分辨率電化學(xué)顯微鏡和計(jì)算模型證實(shí)了其性能。研究結(jié)果發(fā)表在“高級(jí)科學(xué)”雜志上。

東北大學(xué)材料研究高級(jí)研究所(AIMR)的AkichikaKumatani，大阪大學(xué)的TatsuhikoOhto，筑波大學(xué)的YoshikazuIto以及日本和德國(guó)的同事們發(fā)現(xiàn)，在石墨烯孔的明確邊緣附近添加氮和磷“摻雜劑”它能夠電催化析氫反應(yīng)。

基于石墨烯的催化劑優(yōu)于基于金屬的催化劑，因?yàn)樗鼈兪欠€(wěn)定且可控的，使得它們適用于燃料電池，能量?jī)?chǔ)存和轉(zhuǎn)化裝置以及水電解。通過對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行多個(gè)同時(shí)更改，可以改善它們的屬性。但科學(xué)家們需要能夠在納米尺度上“看到”這些變化，以便了解它們?nèi)绾喂餐龠M(jìn)催化作用。

Kumatani和他的同事使用最近開發(fā)的掃描電化學(xué)電池顯微鏡(SECCM)直接，亞微觀觀察電解過程中電流通過水時(shí)發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)。它還使他們能夠分析石墨烯電催化劑的結(jié)構(gòu)變化如何影響其電化學(xué)活性。使用傳統(tǒng)方法不可能進(jìn)行這種觀察。

該團(tuán)隊(duì)合成了一種由石墨烯片制成的電催化劑，該片充滿了數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)的孔，邊緣清晰。孔周圍的邊緣增加了可用于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活性位點(diǎn)的數(shù)量。他們通過在孔邊緣周圍添加氮和磷原子來?yè)诫s石墨烯片。然后使用石墨烯基電催化劑來增強(qiáng)電解過程中氫的釋放。

使用SECCM，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)他們的石墨烯電催化劑顯著改善了電解過程中能量釋放的電流形成。他們的計(jì)算計(jì)算表明，添加氮和磷摻雜劑可增強(qiáng)孔邊緣周圍原子上正負(fù)電荷的對(duì)比度，從而提高其傳輸電流的能力。

氮摻雜和磷摻雜的多孔石墨烯電催化劑比僅摻雜兩種化學(xué)元素之一的那些更好地工作。“這些研究結(jié)果為石墨烯基電極催化劑中石墨烯邊緣結(jié)構(gòu)的原子級(jí)工程鋪平了道路，通過電化學(xué)活動(dòng)的局部可視化，”研究人員總結(jié)道。

文章來源：平安財(cái)經(jīng)網(wǎng)返回搜狐，查看更多