賴斯大學(xué)的化學(xué)家開發(fā)出利用一種獨特的石墨烯嵌入金屬納米粒子的方式，從而制備出有用的燃料電池催化劑以及作用于其他應(yīng)用領(lǐng)域。
激光誘導(dǎo)石墨烯是去年賴斯實驗室的化學(xué)家JamesTour是一種具有柔性表面的多孔石墨烯薄膜，由常見的聚酰亞胺塑料暴露在商業(yè)激光劃片上制備而成。研究人員發(fā)現(xiàn)這是一種提高金屬制品活性的物質(zhì)。
這項研究刊登在ACS Nano上。
賴斯大學(xué)的掃描電子顯微鏡顯示的鈷浸漬金屬氧化物-激光誘導(dǎo)制備石墨烯。這種材料是替代鉑質(zhì)或其他貴金屬作為燃料電池催化劑的理想材料。圖片比例= 10微米。圖片來源:萊斯大學(xué)。
研究人員將這種材料稱為金屬氧化物-激光誘導(dǎo)石墨烯材料(MO-LIG)，這是一種新型可取代昂貴的鉑等金屬燃料電池的催化劑，其實現(xiàn)將氫和氧轉(zhuǎn)換成水和電的功能。
Tour指出：“這種材料的優(yōu)勢是可以使用商業(yè)聚合物制品，通過簡單廉價的金屬鹽制備得到。接下來，我們計劃利用商業(yè)激光劃線器，將生成的金屬納米粒子嵌入石墨烯。石墨烯的很多化學(xué)反應(yīng)是通過激光制備的，這種方式實現(xiàn)了石墨烯在室溫下的制備。
“這種復(fù)合材料的金屬含量不到1%，可以作為“超級催化劑”應(yīng)用在燃料電池領(lǐng)域中。與其他方法相比，這種方式的步驟更為簡單，也不需要昂貴的金屬和碳前驅(qū)體。”
起初，研究人員利用商用聚酰亞胺激光制備石墨烯表面。后來，他們將硼注入聚酰亞胺液體中生產(chǎn)石墨烯，這種石墨烯存儲電荷的空間大大增加，可以成為有效的超級電容器。
作為最新的研究，研究人員將三種濃度的含鈷、鐵或鉬金屬鹽進行混合。在混合液冷凝成薄膜之后，利用紅外激光固化，在氬氣中加熱750攝氏度約半個小時。
這一制備過程產(chǎn)生了含有金屬的高強度MO-LIGs材料，其中10納米的粒子在石墨烯上均勻分布。研究人員還測試了這種催化劑的氧還原的能力，這是燃料電池中的一個重要的化學(xué)反應(yīng)。進一步摻雜硫的催化劑可以促進氫的轉(zhuǎn)化，另種催化劑將水轉(zhuǎn)化為氫，Tour解釋說。
“值得注意的是，簡單的石墨烯-鉬硫氧化物催化劑可以將金屬氧化物轉(zhuǎn)化金屬硫化物，制備出氫轉(zhuǎn)化反應(yīng)的催化劑，具有廣泛的使用領(lǐng)域。”他說。
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