微米和纳米科技材料

科学家研制出新型纳米复合材料,可做为高效低成本的氢气催化剂

科学家研制出新型纳米复合材料,可做为高效低成本的氢气催化剂

美国加州大学圣克鲁兹分校的研究人员近日制备了一种具有纳米结构的新型复合材料,它作为电化学裂解水制氢的催化剂,表现出了优异的性能。高效、低成本的催化剂对于实现氢气作为清洁、环保燃料的目标至关重要。该研究作为封面文章发表在了国际顶尖期刊《Chem Sus Chem》上。

加州大学圣克鲁兹分校的Shaowei Chen教授一直致力于研究碳基纳米结构材料作为电解水催化剂的用途。最近的研究中,他们将钌离子结合到了氮化碳的片状纳米结构中,并获得了很好的效果。将该材料嵌入到石墨烯片中后,性能得到了进一步提高。

钌与氮在这些纳米结构材料中的键合化学的高催化性能中起着关键作用,同时该催化剂的稳定性也十分优异。

长期以来,氢气一直被视为理想的清洁和可再生燃料。例如,给电动汽车提供动力的氢燃料电池只排放水蒸气。然而,目前的氢生产仍然严重依赖化石燃料(主要是用蒸汽从天然气中提取)。低成本、高效率的电解法将是一项重大突破。

目前,电解水生产氢气最有效的催化剂是铂基催化剂,但这种金属稀有且昂贵。碳基材料催化剂显示出了一定潜力,但它们的性能还不及铂基催化剂。

在这个新型催化剂中,钌离子嵌入在氮化碳纳米片中,改变了矩阵中的电子的分布,为结合质子产生氢气提供了更多的活性位点。在结构中加入石墨烯进一步增强了电子的重新分布。

“石墨烯与氮化碳纳米片形成了三明治结构,使电子再进一步调整分布。这给了我们更大的质子还原效率。”Chen教授解释道。

该复合材料的电催化性能与工业铂催化剂相当。然而,未来仍有很长的路要走,以实现廉价和高效的氢生产。

编译:Coke 编辑:张梦

来源:httpss://www.sciencedaily.com/releases/2018/01/180116131314.htm

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