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納米波紋讓石墨烯高效分解氫氣 效率比現有最佳催化劑高100倍

作者:劉霞   發布時間:2023年03月31日    瀏覽量:96   字體大?。?  A+   A- 

英國科學家的一項最新研究發現,石墨烯表面擁有奇特的納米波紋,這使其能以比同等質量的現有最佳催化劑高100倍的效率分解氫氣,有望實現更高性能的氫燃料電池,并提高很多工業過程的效率。相關研究刊發于最新一期《美國國家科學院院刊》。

在最新研究中,“石墨烯之父”、曼徹斯特大學的安德烈·海姆及其同事發現,盡管石墨烯也擁有很強的碳鍵,但它具有令人難以置信的化學反應活性,這是因為其表面并非完全平滑,而是擁有名為“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,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。當石墨烯將氫分裂成單個氫原子時,氫原子會在容器內堆積,增加壓力,導致石墨烯膨脹。研究人員測量了隆起的體積,以計算石墨烯的催化能力。結果發現,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。

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。劍橋大學的安德里亞·費拉里也表示,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,納米波紋是造成其具有催化能力的原因。

諾丁漢大學的安德烈·赫洛比斯托夫認為,大多數工業化學反應都由催化劑驅動,如果能生產出基于純碳(如石墨烯)的催化劑,那么可能會改變許多工業過程。石墨烯也可能比目前的催化劑更具可持續性,因為現有催化劑通常是稀有金屬。不過他也表示,目前生產實驗中使用的純石墨烯的成本也非常高。

來源:科技日報北京

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