2018/10/30
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石墨烯——可再生能源更近一步
石墨烯可能会将可再生能源的未来引入更近一步。一种新型电极可以在酸性条件下完成析氢反应，使得该技术既便宜又有效。这一过程得益于一种智能石墨烯。
在绿色经济中，电解水生氢对能量储存至关重要。然而，最大的障碍之一是贵金属电极的高昂成本。廉价的非贵族金属虽然可以工作，但主要是在碱性条件下，而且反应电力短缺; 更有效的酸相反应需要像铂这样稀有的金属金属。更糟糕的是，酸性电解质具有腐蚀性，并会侵蚀掉核心金属。
现在，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薄片封装镍-钼电极合金。至关重要的是，石墨烯被打满了纳米大小的孔，就像一个过滤器。在研究中，他们表明，在酸性条件下，新型析氢反应体系使用常规非多孔石墨烯的性能明显优于电极。
在电极中使用石墨烯并不是什么新东西——这种柔韧的导电碳片是包裹在核心金属上的理想材料。然而，在保护金属免受腐蚀的同时，石墨烯也抑制了它的化学活性。在新系统中，最重要的孔以两种方式促进了反应，而完整的石墨烯部分保护了金属。
研究报告的合著者凯龙虎表示：“我们通过用二氧化硅纳米粒子装饰镍-钼表面来创造孔洞，然后，当我们沉积石墨烯层时，在纳米粒子的位置留下了空隙 ，事实上，这不仅仅是空隙 - 它们被称为”边缘“的化学活性脊环所环绕，从技术上讲，这些条纹是结构缺陷，但它们驱动电极的化学。“
与普通的石墨烯相比，条纹更加亲水。这在酸性溶液中吸引水合氢离子，它在两种析氢反应机制中起着至关重要的作用。条纹也很适合吸附单个的氢原子，这为其他重要的析氢工艺提供了额外的表面积。结果，氢气的产生与传统但昂贵的铂-碳电极一样有效。于此同时，石墨烯的无孔部分延迟了金属催化剂溶解在酸中。
“这是一个用于氢析出电极的多功能新概念，我们的目标是最小化所需反应电压，因此，它不仅仅只限于一种特定的催化剂，我们通过优化孔的尺寸和数量，专门针对镍-钼调整了多孔石墨烯层，令人印象深刻的是催化剂在酸性条件下依旧稳定，尽管存在漏洞，未来，多孔石墨烯定制各种金属，从而全面推广清洁能源。”
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