化學所等石墨烯電催化分解水析氫研究取得進展

據中國科學院網站報道：電催化分解水製氫是減少環境汙染及實現可再生清潔能源的重要途徑。開發高效、穩定的製氫催化劑具有重要的科學價值和現實意義。石墨烯材料因其具有比表麵積大、導電性好、穩wen定ding性xing高gao等deng優you勢shi，被bei廣guang泛fan應ying用yong於yu電dian催cui化hua分fen解jie水shui製zhi氫qing的de研yan究jiu中zhong。但dan目mu前qian為wei止zhi，石shi墨mo烯xi材cai料liao還hai僅jin僅jin作zuo為wei催cui化hua劑ji的de載zai體ti使shi用yong
，通tong過guo助zhu催cui化hua劑ji的de負fu載zai或huo者zhe雜za原yuan子zi摻chan雜za等deng途tu徑jing提ti升sheng析xi氫qing能neng力li。石shi墨mo烯xi本ben身shen作zuo為wei催cui化hua劑ji實shi現xian電dian催cui化hua析xi氫qing的de相xiang關guan報bao道dao較jiao為wei缺que失shi。

圖1.含高密度邊界位點的三維石墨烯網絡

中(zhong)國(guo)科(ke)學(xue)院(yuan)化(hua)學(xue)研(yan)究(jiu)所(suo)有(you)機(ji)固(gu)體(ti)院(yuan)重(zhong)點(dian)實(shi)驗(yan)室(shi)研(yan)究(jiu)員(yuan)於(yu)貴(gui)課(ke)題(ti)組(zu)長(chang)期(qi)致(zhi)力(li)於(yu)化(hua)學(xue)氣(qi)相(xiang)沉(chen)積(ji)生(sheng)長(chang)和(he)刻(ke)蝕(shi)石(shi)墨(mo)烯(xi)研(yan)究(jiu)
，並(bing)已(yi)製(zhi)備(bei)了(le)多(duo)種(zhong)具(ju)有(you)不(bu)同(tong)層(ceng)數(shu)、結構、維(wei)度(du)以(yi)及(ji)形(xing)貌(mao)的(de)石(shi)墨(mo)烯(xi)材(cai)料(liao)，對(dui)石(shi)墨(mo)烯(xi)的(de)多(duo)方(fang)麵(mian)性(xing)能(neng)進(jin)行(xing)了(le)有(you)效(xiao)調(tiao)控(kong)。近(jin)日(ri)，課(ke)題(ti)組(zu)與(yu)中(zhong)科(ke)院(yuan)理(li)化(hua)技(ji)術(shu)研(yan)究(jiu)所(suo)光(guang)化(hua)學(xue)轉(zhuan)換(huan)與(yu)功(gong)能(neng)材(cai)料(liao)院(yuan)重(zhong)點(dian)實(shi)驗(yan)室(shi)吳(wu)驪(li)珠(zhu)課(ke)題(ti)組(zu)、清華大學機械工程係摩擦學國家重點實驗室副教授馬天寶合作，在無金屬催化劑、無模板的條件下直接製備了三維石墨烯材料
，進一步對石墨烯的形貌進行了調控。

該(gai)研(yan)究(jiu)所(suo)得(de)到(dao)的(de)三(san)維(wei)石(shi)墨(mo)烯(xi)由(you)高(gao)密(mi)度(du)的(de)直(zhi)立(li)石(shi)墨(mo)烯(xi)包(bao)覆(fu)氧(yang)化(hua)矽(gui)納(na)米(mi)線(xian)網(wang)絡(luo)所(suo)組(zu)成(cheng)，其(qi)中(zhong)的(de)氧(yang)化(hua)矽(gui)納(na)米(mi)線(xian)網(wang)絡(luo)是(shi)通(tong)過(guo)化(hua)學(xue)氣(qi)相(xiang)沉(chen)積(ji)在(zai)矽(gui)基(ji)底(di)上(shang)原(yuan)位(wei)製(zhi)備(bei)得(de)到(dao)。不(bu)同(tong)於(yu)惰(duo)性(xing)的(de)二(er)維(wei)平(ping)麵(mian)石(shi)墨(mo)烯(xi)
，三(san)維(wei)石(shi)墨(mo)烯(xi)材(cai)料(liao)中(zhong)的(de)高(gao)密(mi)度(du)邊(bian)界(jie)位(wei)點(dian)可(ke)以(yi)作(zuo)為(wei)活(huo)性(xing)中(zhong)心(xin)催(cui)化(hua)質(zhi)子(zi)吸(xi)附(fu)與(yu)還(hai)原(yuan)產(chan)生(sheng)氫(qing)氣(qi)。這(zhe)是(shi)國(guo)際(ji)上(shang)首(shou)次(ci)提(ti)出(chu)通(tong)過(guo)對(dui)石(shi)墨(mo)烯(xi)材(cai)料(liao)的(de)形(xing)貌(mao)調(tiao)控(kong)，實(shi)現(xian)其(qi)在(zai)非(fei)摻(chan)雜(za)、不負載助催化劑條件下的高效電催化分解水析氫。電化學測試表明

，形貌優化的三維石墨烯材料電化學析氫的起始電壓僅為~18 mV，與商用的Pt/C十shi分fen接jie近jin。理li論lun研yan究jiu證zheng明ming，優you異yi的de析xi氫qing性xing能neng源yuan於yu三san維wei石shi墨mo烯xi材cai料liao豐feng富fu的de尖jian端duan位wei點dian，這zhe些xie高gao密mi度du的de邊bian界jie尖jian端duan位wei點dian實shi現xian了le催cui化hua惰duo性xing的de本ben征zheng石shi墨mo烯xi向xiang高gao催cui化hua性xing能neng的de轉zhuan變bian。該gai研yan究jiu為wei石shi墨mo烯xi材cai料liao在zai電dian解jie水shui析xi氫qing領ling域yu的de應ying用yong提ti供gong了le理li論lun和he應ying用yong基ji礎chu。

圖2.三維石墨烯網絡材料的電催化分解水析氫性能

相關研究成果發表於Angew. Chem. Int. Ed.。該研究得到了國家自然科學基金委
、科技部、中科院的資助。

論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201709901/abstract;jsessionid=22E93AA2B55C4AEE67FDA3167417C740.f02t03