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納米波紋讓石墨烯高效分解氫氣

2023-03-30 09:43  來源:科技日報  瀏覽:  

英國科學(xué)家的一項(xiàng)最新研究發(fā)現(xiàn),石墨烯表面擁有奇特的納米波紋,這使其能以比同等質(zhì)量的現(xiàn)有最佳催化劑高100倍的效率分解氫氣,有望實(shí)現(xiàn)更高性能的氫燃料電池,并提高很多工業(yè)過程的效率。相關(guān)研究刊發(fā)于最新一期《美國國家科學(xué)院院刊》。

在最新研究中,“石墨烯之父”、曼徹斯特大學(xué)的安德烈·海姆及其同事發(fā)現(xiàn),盡管石墨烯也擁有很強(qiáng)的碳鍵,但它具有令人難以置信的化學(xué)反應(yīng)活性,這是因?yàn)槠浔砻娌⒎峭耆交菗碛忻麨?ldquo;納米波紋”的小起伏,這使它能更有效地分解氫氣。

為證明這一點(diǎn),研究人員制造出了瑕疵盡可能少的石墨烯,以排除來自其他特征的化學(xué)活性,并將一片石墨烯拉伸于裝滿氫分子的微觀容器頂部。當(dāng)石墨烯將氫分裂成單個氫原子時,氫原子會在容器內(nèi)堆積,增加壓力,導(dǎo)致石墨烯膨脹。研究人員測量了隆起的體積,以計(jì)算石墨烯的催化能力。結(jié)果發(fā)現(xiàn),每克石墨烯分解氫氣的能力至少是目前最好催化劑的100倍,而且,只有納米波紋的表面顯示出分裂氫的證據(jù)。

海姆指出,理想的二維材料是漂亮、扁平的形狀,但波紋正在帶來一種新的特性。劍橋大學(xué)的安德里亞·費(fèi)拉里也表示,雖然之前有跡象表明,完美平坦的石墨烯可能是一種很好的催化劑,但最新研究證實(shí),納米波紋是造成其具有催化能力的原因。

諾丁漢大學(xué)的安德烈·赫洛比斯托夫認(rèn)為,大多數(shù)工業(yè)化學(xué)反應(yīng)都由催化劑驅(qū)動,如果能生產(chǎn)出基于純碳(如石墨烯)的催化劑,那么可能會改變許多工業(yè)過程。石墨烯也可能比目前的催化劑更具可持續(xù)性,因?yàn)楝F(xiàn)有催化劑通常是稀有金屬。不過他也表示,目前生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)中使用的純石墨烯的成本也非常高。

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