小烯导读

催化剂驱动氧化还原反应，使燃料电池将化学能转化为电能，电极通常由铂制成，其能够抵抗电池电荷电解质的酸性。但铂是非常昂贵的，科学家已经研究了几十年，希望可以获得适当的替代品。近日消息，莱斯大学科学家通过将单一的钌原子附着到石墨烯上，为高性能燃料电池制造了耐用的催化剂。

莱斯大学科学家通过将单一的钌原子附着到石墨烯上，为高性能燃料电池制造了耐用的催化剂。

催化剂驱动氧化还原反应，使燃料电池将化学能转化为电能，电极通常由铂制成，其能够抵抗电池电荷电解质的酸性。但铂金是昂贵的，科学家已经研究了几十年，希望可以获得适当的替代品。

化学家James Tour说，他的实验室与莱斯和中国的同事们开发了新的材料，钌原子和石墨烯组合可能符合要求。在测试中，其性能与传统的铂基合金、最佳铁氮掺杂石墨烯的性能相当。

有关这一发现的论文出现在美国化学学会期刊ACS Nano上。

Tour说：“当固定的四个氮原子有序排列时，钌原子通常具有较高的活性，而它的价格是传统铂金成本的十分之一。而且由于我们使用单个原子点位而不是小颗粒，所以没有无法反应的掩埋原子，即所有的原子都可参与反应。”

Tour说，将单一钌原子穿过片层石墨烯，即单个原子厚度的碳，证明这一过程是相当简单的。它涉及将石墨烯氧化物分散在溶液中，再添加少量钌，然后冷冻干燥新溶液并将其转化为泡沫。

在氮气和氢气的作用下，将石墨烯和氮原子锁定在表面，同时进行750摄氏度（1382华氏度）烘烤，从而为钌原子能与其表面结合提供位置。

在较高和较低温度下制备材料，其性能不好，而在适当的温度下制成，但材料中没有钌或氮，证明了反应的质量取决于两者的存在。

该材料在酸性介质中表现出优异的甲醇交叉耐蚀性和一氧化碳中毒性，两者都降低了燃料电池的效率; 这种劣化是传统铂燃料电池中一直存在的问题。

论文信息：

Single-Atomic Ruthenium Catalytic Sites on Nitrogen-Doped Graphene for Oxygen Reduction Reaction in Acidic Medium"

ACS Nano (2017).

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