莱斯大学开发的一种双面电催化剂可将水分解成氢和氧，上图为在电子显微镜图像中看 到的氢原子特征是铂粒子（右边的黑点）均匀地分散在激光诱导的石墨烯中（左） 图片来源：Tour团队/莱斯大学

莱斯大学的化学家们发明了一种基于激光诱导石墨烯的催化剂，即它可将水分解为氢，还能将水分解为氧。他们说这种廉价的材料可能是生产未来燃料电池用氢的实用组件。

由化学家杰姆斯实验室开发的这种易于制造的材料提供了一个强大而有效的方式来储存能量。试验表明，这种薄的催化剂同时产生大量的氧气和氢气泡。

这个过程是美国化学学会应用材料和接口的一篇论文的主题。

Tour团队表示：“氢目前是由天然气转化成二氧化碳和氢气的混合物，因此，每两个氢分子形成一个二氧化碳分子，使这个传统过程成为温室气体的排放源。”

他说：“但是如果把水分解成氢和氧，利用催化系统和风能或太阳能发电，那么所提供的氢气是完全可再生的，一旦应用于燃料电池，它只有水而无其他污染物排放。燃料电池的效率通常是内燃机的两倍，从而可节省能源。”

Rice于2014年介绍道：催化剂是多功能激光诱导石墨烯（LIG）的另一个用途。LIG是由一片聚酰亚胺（廉价的塑料）表面用激光处理产生的。LIG是一个一边缘与底层表面化学活性的边缘暴露在空气中的泡沫石墨烯，而不是一个拥有六边形碳原子的平板。

莱斯大学开发的一个双面电催化剂可将水分解成氢和氧。在氧气方面，我们于电子显微镜图像中可以看到，镍和铁沉积在激光诱导石墨烯上

LIG本身是惰性的，所以把它变成一个水分离器涉及几个步骤。首先，实验室将塑料的一端浸泡在水中，用铂粒子从水中提取氢气；然后实验室用激光加热表面而制造LIG。莱斯大学的研究生且为这篇论文的作者张继波说：“莱斯大学的材料所使用铂含量只为商业催化剂中的四分之一。”

另一方面，氧的进化，先是变成了LIG，然后通过电化学沉积增强镍和铁。双方表现出低起始电位（启动反应所需的电压）和1000个周期的强大性能。

实验室想出另一种变化：使用聚酰亚胺与钴和磷，可以取代或铂或镍铁两侧产生氢气或氧气的光催化剂。尽管低成本的物质通过消除昂贵的贵金属而受益，但它却牺牲了一些制氢效率。

一种激光诱导石墨烯的双面催化剂在实验室实验中产生氢气。这种材料是在莱斯大学制造的。

析出氢和氧的铁镍钴磷催化剂在1.66伏特释放了每平方厘米10毫安的电流密度。它可以在不降低材料的同时，提高到400毫安每平方厘米1.9伏的电压。电流密度控制化学反应速率。

Tour团队说 LIG分解水的性能，增强了的可比性和比许多现有系统更好，在氢和氧之间的产品中，其分离器拥有固有的优势。他注意到，它可能是一种化学方法，可以从远距离的太阳能或风力发电厂中储存化学物质，否则会在传输过程中损失。

他说：“这种材料也可以在高效电催化平台的基础上进行二氧化碳或氧气的还原。”

一种激光诱导石墨烯的双面催化剂在实验室实验中产生氢气。这种材料是在莱斯大学制造的。

更多信息：Jibo Zhang et al, Efficient Water Splitting Electrodes Based on Laser-Induced Graphene, ACS Applied Materials & Interfaces (2017). DOI: 10.1021/acsami.7b06727

参考期刊：ACS Applied Materials and Interfaces

原文来自：phys，由材料科技在线团队翻译整理。