激光誘導石墨烯材料分解水製氫

據國外網站報道：近日萊斯實驗室開發出雙麵石墨烯電極用於分解水形成氫氣和氧氣。

萊(lai)斯(si)大(da)學(xue)化(hua)學(xue)家(jia)們(men)合(he)成(cheng)一(yi)種(zhong)激(ji)光(guang)誘(you)導(dao)的(de)石(shi)墨(mo)烯(xi)催(cui)化(hua)劑(ji)用(yong)於(yu)分(fen)解(jie)水(shui)製(zhi)氫(qing)。這(zhe)些(xie)廉(lian)價(jia)的(de)材(cai)料(liao)在(zai)未(wei)來(lai)可(ke)以(yi)作(zuo)為(wei)大(da)規(gui)模(mo)製(zhi)氫(qing)的(de)催(cui)化(hua)劑(ji)，進(jin)而(er)為(wei)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)所(suo)用(yong)。

這種生產工藝簡便的材料是由萊斯實驗室的James Tour博士開發。實驗發現在石墨烯催化劑的兩個表麵上分別有大量的氫氣和氧氣氣泡同時產生。James Tourbiaoshi，muqianqingqidezhibeigongyeyitianranqizhongzhengzhiqingweizhu，jiangtianranqifenjieweiqingqiheeryanghuatan。yincimeichanshenglianggeqingqifenzi，jiuhuiyouyigeeryanghuatanfenzichansheng。ereryanghuatandepaifangshiwenshixiaoyingdeyuantou。danshiruguoliyongcuihuajifenjieshuizhiqing
，zhiqingdefuchanwushiyangqi
，buhuizaochenghuanjingwenti，tongshiruguoxiaohaodediannenglaizifengnenghuotaiyangnengfadian，namezhenggeguochengbianshikezaishengde。

激光誘導石墨烯（LIG）是(shi)通(tong)過(guo)激(ji)光(guang)處(chu)理(li)聚(ju)酰(xian)亞(ya)胺(an)表(biao)麵(mian)製(zhi)造(zao)而(er)成(cheng)，聚(ju)酰(xian)亞(ya)胺(an)材(cai)料(liao)廉(lian)價(jia)，因(yin)此(ci)該(gai)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)成(cheng)本(ben)可(ke)以(yi)控(kong)製(zhi)在(zai)較(jiao)低(di)水(shui)平(ping)。與(yu)傳(chuan)統(tong)石(shi)墨(mo)烯(xi)六(liu)邊(bian)形(xing)單(dan)層(ceng)碳(tan)原(yuan)子(zi)結(jie)構(gou)不(bu)同(tong)
，激(ji)光(guang)誘(you)導(dao)石(shi)墨(mo)烯(xi)是(shi)片(pian)裝(zhuang)石(shi)墨(mo)烯(xi)層(ceng)交(jiao)疊(die)形(xing)成(cheng)的(de)泡(pao)沫(mo)狀(zhuang)結(jie)構(gou)，它(ta)的(de)一(yi)邊(bian)附(fu)著(zhe)在(zai)下(xia)表(biao)麵(mian)，進(jin)而(er)保(bao)證(zheng)具(ju)有(you)化(hua)學(xue)活(huo)性(xing)的(de)一(yi)邊(bian)暴(bao)露(lu)在(zai)空(kong)氣(qi)中(zhong)。

激(ji)光(guang)直(zhi)接(jie)誘(you)導(dao)石(shi)墨(mo)烯(xi)是(shi)無(wu)法(fa)作(zuo)為(wei)分(fen)解(jie)水(shui)製(zhi)氫(qing)的(de)催(cui)化(hua)劑(ji)，催(cui)化(hua)水(shui)製(zhi)氫(qing)還(hai)需(xu)要(yao)一(yi)些(xie)步(bu)驟(zhou)。首(shou)先(xian)
，將(jiang)聚(ju)酰(xian)亞(ya)胺(an)浸(jin)泡(pao)在(zai)加(jia)入(ru)鉑(bo)顆(ke)粒(li)的(de)水(shui)中(zhong)，然(ran)後(hou)利(li)用(yong)激(ji)光(guang)發(fa)射(she)器(qi)加(jia)熱(re)聚(ju)酰(xian)亞(ya)胺(an)表(biao)麵(mian)進(jin)而(er)製(zhi)造(zao)出(chu)催(cui)化(hua)劑(ji)。據(ju)萊(lai)斯(si)大(da)學(xue)的(de)畢(bi)業(ye)生(sheng)，該(gai)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)指(zhi)導(dao)論(lun)文(wen)主(zhu)要(yao)作(zuo)者(zhe)Jibo Zhang介紹，該催化劑的製備所需鉑含量僅為目前商業電解水製氫所需鉑含量的四分之一。

另ling一yi方fang麵mian，利li用yong電dian化hua學xue沉chen積ji法fa將jiang鎳nie和he鐵tie原yuan子zi與yu激ji光guang誘you導dao石shi墨mo烯xi相xiang結jie合he
，可ke以yi提ti高gao氧yang氣qi的de生sheng成cheng速su率lv。實shi驗yan表biao明ming，陰yin陽yang兩liang極ji的de電dian化hua學xue反fan應ying僅jin需xu要yao較jiao低di的de反fan應ying電dian位wei，同tong時shi在zai超chao過guo1000次循環的反應後
，催化劑的性能仍然保持良好。

接下來化學家們又提出新的思路，利用鈷和磷代替鉑或者鎳-鐵以生產氫氣或氧氣，利用廉價材料代替貴金屬。但James Tour表示使用相對廉價的材料是以犧牲部分效率為代價。

在利用鈷-磷生產氫氣、鎳-鐵生產氧氣這一方案後
，催化劑在1.66V電壓下電流密度為10mA/cm²。當提升電壓到1.9V時
，該電流密度值可以達到400mA/cm²
，且材料沒有明顯衰減。電流密度的數值表征著電解水製氫反應的速率快慢。

James Tour表biao示shi

，利li用yong激ji光guang誘you導dao石shi墨mo烯xi製zhi氫qing能neng力li與yu目mu前qian的de製zhi氫qing係xi統tong能neng力li相xiang當dang，甚shen至zhi通tong常chang會hui優you於yu現xian有you係xi統tong。在zai遠yuan距ju離li能neng量liang傳chuan輸shu領ling域yu
，電dian能neng的de傳chuan輸shu往wang往wang會hui在zai傳chuan輸shu過guo程cheng中zhong造zao成cheng大da量liang損sun耗hao
，而er將jiang氫qing氣qi作zuo為wei能neng量liang載zai體ti進jin行xing遠yuan距ju離li運yun輸shu是shi可ke行xing而er高gao效xiao的de方fang法fa。此ci外wai，該gai材cai料liao還hai在zai二er氧yang化hua碳tan及ji氧yang氣qi催cui化hua還hai原yuan反fan應ying方fang向xiang有you著zhe較jiao為wei廣guang闊kuo的de研yan究jiu前qian景jing。