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科学家利用激光诱导制备石墨烯-金属催化剂

2015-11-16 09:17
夜隼008
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  赖斯大学的化学家开发出利用一种独特的石墨烯嵌入金属纳米粒子的方式,从而制备出有用的燃料电池催化剂以及作用于其他应用领域。

  激光诱导石墨烯是去年赖斯实验室的化学家JamesTour是一种具有柔性表面的多孔石墨烯薄膜,由常见的聚酰亚胺塑料暴露在商业激光划片上制备而成。研究人员发现这是一种提高金属制品活性的物质。

  这项研究刊登在ACS Nano上。

 

    赖斯大学的扫描电子显微镜显示的钴浸渍金属氧化物-激光诱导制备石墨烯。这种材料是替代铂质或其他贵金属作为燃料电池催化剂的理想材料。图片比例= 10微米。图片来源:莱斯大学。

  研究人员将这种材料称为金属氧化物-激光诱导石墨烯材料(MO-LIG),这是一种新型可取代昂贵的铂等金属燃料电池的催化剂,其实现将氢和氧转换成水和电的功能。

  Tour指出:“这种材料的优势是可以使用商业聚合物制品,通过简单廉价的金属盐制备得到。接下来,我们计划利用商业激光划线器,将生成的金属纳米粒子嵌入石墨烯。石墨烯的很多化学反应是通过激光制备的,这种方式实现了石墨烯在室温下的制备。

  “这种复合材料的金属含量不到1%,可以作为“超级催化剂”应用在燃料电池领域中。与其他方法相比,这种方式的步骤更为简单,也不需要昂贵的金属和碳前驱体。”

  起初,研究人员利用商用聚酰亚胺激光制备石墨烯表面。后来,他们将硼注入聚酰亚胺液体中生产石墨烯,这种石墨烯存储电荷的空间大大增加,可以成为有效的超级电容器。

  作为最新的研究,研究人员将三种浓度的含钴、铁或钼金属盐进行混合。在混合液冷凝成薄膜之后,利用红外激光固化,在氩气中加热750摄氏度约半个小时。

  这一制备过程产生了含有金属的高强度MO-LIGs材料,其中10纳米的粒子在石墨烯上均匀分布。研究人员还测试了这种催化剂的氧还原的能力,这是燃料电池中的一个重要的化学反应。进一步掺杂硫的催化剂可以促进氢的转化,另种催化剂将水转化为氢,Tour解释说。

  “值得注意的是,简单的石墨烯-钼硫氧化物催化剂可以将金属氧化物转化金属硫化物,制备出氢转化反应的催化剂,具有广泛的使用领域。”他说。

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