研究人员开发了在酸性电解液中用于有效析氢的“多孔”石墨烯电极。

研究人员推动可再生能源向未来更近了一步。一种可以在酸性条件下完成析氢反应（HER）的新型电极使该技术既经济又有效，其过程由一种灵巧的石墨烯帮助完成。

电解水制氢对绿色经济中的能量储存至关重要。然而，主要障碍之一是贵金属电极的成本较高。廉价的非贵族电极工作主要是在碱性条件下，其反应会出现电力短缺。更有效的酸相反应则需要稀有的商品金属，如铂。

现在，Tsukuba大学的研究人员发现的“多孔”石墨烯提供了解决问题的方法。他们使用氮掺杂石墨烯片来封装镍钼（NiMo）电极合金。重要的是他们把石墨烯冲压成满是纳米尺寸的孔，像漏勺一样。在ACS催化的研究中，他们证明处于酸性条件下，新的HER系统显著优于使用非多孔石墨烯的电极。

石墨烯并不是第一次在HER电极中被使用-这种柔性导电碳薄片是包裹在核心金属周围的理想材料。然而，在保护金属免受腐蚀的同时，石墨烯也抑制了它的化学活性。在新的Tsukuba体系中，最重要的孔以两种方式促进反应，而完整的石墨烯部分则起到保护金属的作用。

“我们通过用纳米二氧化硅修饰NiMo的表面来制造孔。”该研究的共同作者Kailong Hu解释说：“然后，当我们沉积石墨烯层时会在纳米颗粒位置留下间隙——就像一个浮雕艺术品。事实上，这些孔不仅仅是缝隙——它们被化学活性脊称为‘条纹’。从技术上讲，这些条纹属于结构缺陷，但它们驱动电极的化学活性。”

与常规的石墨烯相比，“条纹”的亲水性更强。这吸引了在酸溶液中的水合氢（H3O ），水合氢在两种HER机制之一中具有至关重要的作用。在吸附单个H原子时，“条纹”也很不错，这为其他重要的HER过程提供了额外的表面积。结果是它与传统（但昂贵）Pt/C电极在H2的产生上效率一样。同时，石墨烯的非多孔部分延缓了金属催化剂在酸中的溶解。

“这是析氢电极一个多用途的新概念。”第一作者Yoshikazu Ito说：“其目的是最小化反应所需的过电位。因此，它不限于一种特定的催化剂。我们通过优化孔的大小和数量来调节NiMo中特有的多孔石墨烯层。令人印象深刻的是，尽管有孔，催化剂仍然在酸中保持稳定。在未来，多孔石墨烯可以改性一系列的金属，推动氢的生产效率走向全面制氢。”

文章来自sciencedaily，文章题目：Punching holes in graphene to boost hydrogen production，由材料科技在线汇总整理。