纳米波纹石墨烯成为催化剂 由国家石墨研究所（NGI）的安德烈·盖因教授领导的研究团队发现，石墨烯中的纳米波纹可以使其成为强大的催化剂，与人们普遍认为的碳片和其来源的大块石墨一样具有化学惰性相反。本周在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表的研究表明，表面存在纳米级皱纹的石墨烯可以加速氢的分解，甚至比最好的基于金属的催化剂还要快。这种意想不到的效果可能存在于所有二维材料中，因为它们本质上都不是平坦的。曼彻斯特团队与中国和美国的研究人员合作进行了一系列实验，证明了石墨烯的非平坦性使其成为一种强大的催化剂。首先，他们使用超灵敏的气体流量测量和拉曼光谱技术，证明了石墨烯的纳米级皱纹与其与分子氢（H2）的化学反应相关，其分解成原子氢（H）的活化能相对较小。该团队评估这种反应是否足以使材料成为高效催化剂。为此，研究人员使用了氢和氘（D2）气体的混合物，发现石墨烯确实表现为强大的催化剂，将H2和D2转化为HD。这与在相同条件下石墨烯和其他碳基材料的行为形成了鲜明对比。气体分析显示，单层石墨烯产生的HD量大约与已知的氢催化剂（如氧化锆、氧化镁和铜）相同，但只需要微量的石墨烯，少于后者的100倍。研究论文的第一作者孙鹏展博士表示：“我们的研究表明，独立的石墨烯与石墨和原子平坦石墨具有截然不同的特性，两者在化学上极其惰性。我们还证明了纳米级皱纹对催化作用比缺陷等通常疑点更为重要”。本文的主要作者盖因教授补充道：“由于热波动和无法避免的局部机械应变，纳米波纹在所有原子薄晶体中自然发生，因此其他二维材料也可能表现出类似增强的反应性。至于石墨烯，我们可以肯定地期待它在其他反应中也具有催化和化学活性，而不仅仅是涉及氢的反应。”“通常人们认为二维材料是原子平坦的薄片，而由不可避免的纳米级波动引起的效应到目前为止一直被忽视。我们的研究表明这些效应可能是戏剧性的，对于二维材料的使用具有重要意义。例如，体积物质硫化钼和其他硫族化合物经常被用作三维催化剂。现在我们应该思考它们在二维形式中是否会更加活性。” 高级材料是曼彻斯特大学的研究灯塔之一 - 具有开拓性发现、跨学科合作和跨部门伙伴关系解决一些地球上最大的问题的示例。 #ResearchBeacons 分享本页 进一步阅读”
