筑波大學(xué)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，使用一層原子厚的石墨烯可以提高鎳或銅在產(chǎn)生氫氣時催化活性，這將使零排放汽車的燃料更加經(jīng)濟(jì)。

日本筑波－由筑波大學(xué)應(yīng)用物理研究所領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組展示了一種用石墨烯覆蓋來生產(chǎn)耐酸催化劑的方法。研究表明，使用較少的層將在氫進(jìn)化反應(yīng)期間實現(xiàn)更大的質(zhì)子穿透力，這對于在生產(chǎn)氫氣作為燃料時最大限度地提高效率起著至關(guān)重要的作用。這項工作使完全可再生能源車輛將不再導(dǎo)致氣候變化。



然而，由于缺乏高效分水所需的廉價催化劑，氫氣的生產(chǎn)已經(jīng)放緩。在這個過程中，氫原子核，稱為質(zhì)子，需要結(jié)合形成氫氣。鎳和鎳基合金被視為有前景的廉價鉑替代品，但這些金屬暴露在反應(yīng)的酸性條件下很容易腐蝕。一種解決方案是使用石墨烯，由一個碳原子排列在蜂窩晶格中，以保護(hù)催化劑。然而，反應(yīng)的機制仍然缺乏了解。

目前，由筑波大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一項國際研究合作表明，使用三層至五層石墨烯可以有效地防止腐蝕，同時仍然允許部分質(zhì)子通過蜂窩結(jié)構(gòu)的缺陷在催化劑中結(jié)合。此外，研究發(fā)現(xiàn)，隨著石墨烯層的加入，催化劑催化效率呈線性下降。

該項研究的高級作者胡凱龍博士表示：“這個結(jié)果讓我們得出結(jié)論，質(zhì)子必須穿透石墨烯層，才能在金屬表面做出反應(yīng)。另一種解釋是，電子從金屬中向上移動，以便質(zhì)子在石墨烯的外表面發(fā)生反應(yīng)，這不是實驗的主要反應(yīng)過程。今后的工作將側(cè)重于優(yōu)化石墨烯層的數(shù)量，以平衡耐腐蝕性和催化活性。＂

伊藤正彥教授解釋道：“氫燃料特別環(huán)保，因為它產(chǎn)生的溫室氣體為零，而且能量密度仍然高于汽油，因此，我們很快就能在不留下碳足跡的情況下踩上加速器。

該作品發(fā)表在《自然通訊》上，內(nèi)容為“電化學(xué)氫演化反應(yīng)中質(zhì)子滲透所控制石墨烯覆蓋的非貴金屬的催化活性”。