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Advanced Materials:石墨烯基催化剂在电解水析氢反应中的研究进展

河海大学黄华杰、徐兴涛课题组与澳大利亚昆士兰大学Yusuke Yamauchi课题组合作综述了利用石墨烯基材料作为电解水析氢反应催化剂的研究工作。

水是生命之源,是人类赖以生存和发展的物质基础。但是人们往往容易忽略的是,水中所蕴含的海量氢离子也是未来新能源载体——氢气的重要来源。早在我们的化学启蒙阶段,中学老师就告诉我们,水经过电解会产生氢气和氧气。然而,电解水过程中所涉及到的阴极还原析氢反应(HER)需要较高的过电势,在很大程度上限制了氢气的生产效率。为了降低水分解的过电势并提高反应速率,开发、利用高性能的HER电极催化剂是一条行之有效的途径,这也成为了电解水制氢技术能否大规模商业化应用的关键所在。

铂是公认最为有效的电化学析氢反应催化剂,然而贵金属高昂的使用成本极大地制约了其在实际生产中的应用,因此寻找低铂或者非铂催化剂材料成为了该领域的研究热点。近年来,以石墨烯为代表的低维纳米碳材料的研究取得了一系列突破性的进展,给物理、化学、材料等诸多学科带来了深刻的影响和变革。对于HER而言,石墨烯优异的物理化学性质如大的比表面积、高的电导率以及良好的电化学稳定性为构建高效的复合催化体系带来了新的契机,使其极有希望成为下一代主流的HER催化剂载体材料。

Advanced Materials:石墨烯基催化剂在电解水析氢反应中的研究进展

基于以上背景,河海大学黄华杰、徐兴涛课题组与澳大利亚昆士兰大学Yusuke Yamauchi课题组合作综述了利用石墨烯基材料作为电解水析氢反应催化剂的研究工作。该综述首先介绍了石墨烯基HER电催化剂的催化增强机制及其基本设计准则,同时分类阐述了包括高温热处理、水热/溶剂热、化学气相层积、电化学等多种制备方法各自的优缺点,详细比较了不同合成策略所获得的石墨烯基催化剂在组成和形貌上的差异。随后,该综述着重讨论了石墨烯基催化剂的微观结构和HER催化活性之间的构效关系,系统地归纳了该类材料在结构及性能调控方面的关键要素。最后,作者对石墨烯基电解水析氢反应催化剂当前所面临的挑战,以及未来可能的发展方向进行了总结和展望。

相关论文以“Graphene Nanoarchitectonics: Recent Advances in Graphene-Based Electrocatalysts for Hydrogen Evolution Reaction”为题,于近期发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201903415)上。

本文来自MaterialsViews China,本文观点不代表石墨烯网立场,转载请联系原作者。

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