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纳米波纹让石墨烯高效分解氢气，效率比现有最佳催化剂高100倍

来源：科技日报时间：2023-03-30 06:14:29

(资料图片)

石墨烯片中纳米波纹（以黄色显示）。图片来源：英国《新科学家》杂志网站

科技日报记者刘霞

英国科学家的一项最新研究发现，石墨烯表面拥有奇特的纳米波纹，这使其能以比同等质量的现有最佳催化剂高100倍的效率分解氢气，有望实现更高性能的氢燃料电池，并提高很多工业过程的效率。相关研究刊发于最新一期《美国国家科学院院刊》。

在最新研究中，“石墨烯之父”、曼彻斯特大学的安德烈·海姆及其同事发现，尽管石墨烯也拥有很强的碳键，但它具有令人难以置信的化学反应活性，这是因为其表面并非完全平滑，而是拥有名为“纳米波纹”的小起伏，这使它能更有效地分解氢气。

为证明这一点，研究人员制造出了瑕疵尽可能少的石墨烯，以排除来自其他特征的化学活性，并将一片石墨烯拉伸于装满氢分子的微观容器顶部。当石墨烯将氢分裂成单个氢原子时，氢原子会在容器内堆积，增加压力，导致石墨烯膨胀。研究人员测量了隆起的体积，以计算石墨烯的催化能力。结果发现，每克石墨烯分解氢气的能力至少是目前最好催化剂的100倍，而且，只有纳米波纹的表面显示出分裂氢的证据。

海姆指出，理想的二维材料是漂亮、扁平的形状，但波纹正在带来一种新的特性。剑桥大学的安德里亚·费拉里也表示，虽然之前有迹象表明，完美平坦的石墨烯可能是一种很好的催化剂，但最新研究证实，纳米波纹是造成其具有催化能力的原因。

诺丁汉大学的安德烈·赫洛比斯托夫认为，大多数工业化学反应都由催化剂驱动，如果能生产出基于纯碳（如石墨烯）的催化剂，那么可能会改变许多工业过程。石墨烯也可能比目前的催化剂更具可持续性，因为现有催化剂通常是稀有金属。不过他也表示，目前生产实验中使用的纯石墨烯的成本也非常高。

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