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石墨烯潤滑油碳世界分享其在電解水析氫反應中的研究進展

文章來源:碳能潤滑油 人氣: 發表時間:2020-04-24

   石墨烯潤滑油水是生命之源,是人類賴以生存和發展的物質基礎。但是人們往往容易忽略的是,水中所蘊含的海量氫離子也是未來新能源載體——氫氣的重要來源。早在我們的化學啟蒙階段,中學老師就告訴我們,水經過電解會產生氫氣和氧氣。

  然而,電解水過程中所涉及到的陰極還原析氫反應(HER)需要較高的過電勢,在很大程度上限制了氫氣的生產效率。為了降低水分解的過電勢并提高反應速率,開發、利用高性能的HER電極催化劑是一條行之有效的途徑,這也成為了電解水制氫技術能否大規模商業化應用的關鍵所在。 鉑是公認最為有效的電化學析氫反應催化劑,然而貴金屬高昂的使用成本極大地制約了其在實際生產中的應用,因此尋找低鉑或者非鉑催化劑材料成為了該領域的研究熱點。

  近年來,以石墨烯為代表的低維納米碳材料的研究取得了一系列突破性的進展,給物理、化學、材料等諸多學科帶來了深刻的影響和變革。對于HER而言,石墨烯優異的物理化學性質如大的比表面積、高的電導率以及良好的電化學穩定性為構建高效的復合催化體系帶來了新的契機,使其極有希望成為下一代主流的HER催化劑載體材料。 基于以上背景,河海大學黃華杰、徐興濤課題組與澳大利亞昆士蘭大學Yusuke Yamauchi課題組合作綜述了利用石墨烯基材料作為電解水析氫反應催化劑的研究工作。

  該綜述首先介紹了石墨烯基HER電催化劑的催化增強機制及其基本設計準則,同時分類闡述了包括高溫熱處理、水熱/溶劑熱、化學氣相層積、電化學等多種制備方法各自的優缺點,詳細比較了不同合成策略所獲得的石墨烯基催化劑在組成和形貌上的差異。隨后,該綜述著重討論了石墨烯基催化劑的微觀結構和HER催化活性之間的構效關系,系統地歸納了該類材料在結構及性能調控方面的關鍵要素。最后,作者對石墨烯基電解水析氫反應催化劑當前所面臨的挑戰,以及未來可能的發展方向進行了總結和展望。

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