中美合作开发了将钴负载于掺氮石墨烯上的水电解制氢催化剂

中美合作开发了将钴负载于掺氮石墨烯上的水电解制氢催化剂

化学家James Tour在Rice大学的实验室团队与其在中国科学院、圣安东尼奥的得克萨斯大学以及休斯敦大学的同事们一起开发了一种耐用的固态催化剂，有望取代昂贵的铂用于电解水制氢。这种新的电解催化剂是将极少量的钴以单个原子的形式分散在掺杂氮的石墨烯上(Co-NG)，在超电势很低的含水介质中非常耐用，活性很高。对比试验结果表明，这种新材料几乎达到了铂的效率，能够在低起始工作电压下开始反应。新催化剂混合成溶液，可以浓缩为像一张纸一样的材料，或者用作表面涂层。这种单原子催化剂在液态中已经实现了，但处于表面还很少见。这种能力使得建立电极成为可能，应该容易整合到电解装置中去。研究人员发现，在气态环境下对石墨烯氧化物和少量钴盐进行热处理，可使单个钴原子结合到石墨烯材料中。电子显微图像表明钴原子在整个样品中广泛分散。他们测试了氮掺杂的石墨烯，发现该物质本身并不能触发催化电解水过程。但是加入极少量钴就极大地提高了其分解酸性或碱性水的能力。只有一个原子厚度的石墨烯是理想的基质，因其具有高比表面积、在苛刻操作条件下的高稳定性以及高导电性。这种新催化剂的样品经过实验室10 h加速老化后，活性几乎不下降。相关论文发表在自然通讯(Nature Communications)杂志上。

[程薇摘译自Green Car Congress，2015-10-21]