石墨烯可能會(huì)將可再生能源的未來(lái)引入更近一步。一種新型電極可以在酸性條件下完成析氫反應(yīng)，使得該技術(shù)既便宜又有效。這一過(guò)程得益于一種智能石墨烯。

在綠色經(jīng)濟(jì)中，電解水生氫對(duì)能量?jī)?chǔ)存至關(guān)重要。然而，最大的障礙之一是貴金屬電極的高昂成本。廉價(jià)的非貴族金屬雖然可以工作，但主要是在堿性條件下，而且反應(yīng)電力短缺;更有效的酸相反應(yīng)需要像鉑這樣稀有的金屬金屬。更糟糕的是，酸性電解質(zhì)具有腐蝕性，并會(huì)侵蝕掉核心金屬。

現(xiàn)在，研究人員發(fā)現(xiàn)“多孔”石墨烯可以解決這個(gè)問(wèn)題。他們使用氮摻雜石墨烯薄片封裝鎳-鉬電極合金。至關(guān)重要的是，石墨烯被打滿了納米大小的孔，就像一個(gè)過(guò)濾器。在研究中，他們表明，在酸性條件下，新型析氫反應(yīng)體系使用常規(guī)非多孔石墨烯的性能明顯優(yōu)于電極。

在電極中使用石墨烯并不是什么新東西——這種柔韌的導(dǎo)電碳片是包裹在核心金屬上的理想材料。然而，在保護(hù)金屬免受腐蝕的同時(shí)，石墨烯也抑制了它的化學(xué)活性。在新系統(tǒng)中，最重要的孔以兩種方式促進(jìn)了反應(yīng)，而完整的石墨烯部分保護(hù)了金屬。

研究報(bào)告的合著者凱龍虎表示：“我們通過(guò)用二氧化硅納米粒子裝飾鎳-鉬表面來(lái)創(chuàng)造孔洞，然后，當(dāng)我們沉積石墨烯層時(shí)，在納米粒子的位置留下了空隙，事實(shí)上，這不僅僅是空隙-它們被稱為”邊緣“的化學(xué)活性脊環(huán)所環(huán)繞，從技術(shù)上講，這些條紋是結(jié)構(gòu)缺陷，但它們驅(qū)動(dòng)電極的化學(xué)。“

與普通的石墨烯相比，條紋更加親水。這在酸性溶液中吸引水合氫離子，它在兩種析氫反應(yīng)機(jī)制中起著至關(guān)重要的作用。條紋也很適合吸附單個(gè)的氫原子，這為其他重要的析氫工藝提供了額外的表面積。結(jié)果，氫氣的產(chǎn)生與傳統(tǒng)但昂貴的鉑-碳電極一樣有效。于此同時(shí)，石墨烯的無(wú)孔部分延遲了金屬催化劑溶解在酸中。

“這是一個(gè)用于氫析出電極的多功能新概念，我們的目標(biāo)是最小化所需反應(yīng)電壓，因此，它不僅僅只限于一種特定的催化劑，我們通過(guò)優(yōu)化孔的尺寸和數(shù)量，專門針對(duì)鎳-鉬調(diào)整了多孔石墨烯層，令人印象深刻的是催化劑在酸性條件下依舊穩(wěn)定，盡管存在漏洞，未來(lái)，多孔石墨烯定制各種金屬，從而全面推廣清潔能源。”