石墨烯代替铂金催化剂取得进展

筑波大学科学家发现，使用一层原子厚的石墨烯可以提高镍或铜在产生氢气时催化活性，这将使零排放汽车的燃料更加经济。

日本筑波－由筑波大学应用物理研究所领导的一个研究小组展示了一种用石墨烯覆盖来生产耐酸催化剂的方法。研究表明，使用较少的层将在氢进化反应期间实现更大的质子穿透力，这对于在生产氢气作为燃料时最大限度地提高效率起着至关重要的作用。这项工作使完全可再生能源车辆将不再导致气候变化。



然而，由于缺乏高效分水所需的廉价催化剂，氢气的生产已经放缓。在这个过程中，氢原子核，称为质子，需要结合形成氢气。镍和镍基合金被视为有前景的廉价铂替代品，但这些金属暴露在反应的酸性条件下很容易腐蚀。一种解决方案是使用石墨烯，由一个碳原子排列在蜂窝晶格中，以保护催化剂。然而，反应的机制仍然缺乏了解。

目前，由筑波大学领导的一项国际研究合作表明，使用三层至五层石墨烯可以有效地防止腐蚀，同时仍然允许部分质子通过蜂窝结构的缺陷在催化剂中结合。此外，研究发现，随着石墨烯层的加入，催化剂催化效率呈线性下降。

该项研究的高级作者胡凯龙博士表示：“这个结果让我们得出结论，质子必须穿透石墨烯层，才能在金属表面做出反应。另一种解释是，电子从金属中向上移动，以便质子在石墨烯的外表面发生反应，这不是实验的主要反应过程。今后的工作将侧重于优化石墨烯层的数量，以平衡耐腐蚀性和催化活性。＂

伊藤正彦教授解释道：“氢燃料特别环保，因为它产生的温室气体为零，而且能量密度仍然高于汽油，因此，我们很快就能在不留下碳足迹的情况下踩上加速器。

该作品发表在《自然通讯》上，内容为“电化学氢演化反应中质子渗透所控制石墨烯覆盖的非贵金属的催化活性”。