莱斯大学(Rice University)的科学家们通过将单个钌原子附着在石墨烯上，制造出一种耐用的催化剂，用于高性能燃料电池。图片来源:克里斯·张/赖斯大学
莱斯大学(Rice University)的科学家们通过将单个钌原子附着在石墨烯上，制造出一种耐用的催化剂，用于高性能燃料电池。
驱动的催化剂氧还原反应使燃料电池将化学能转化为电力通常由铂制成，其达到电池充电电解质的酸性性质。但铂金是昂贵的，科学家们已经搜索了几十年，以获得合适的替代品。
的钌-石墨烯组合可能符合要求，化学家James Tour说，他的实验室与他在赖斯和中国的同事开发了这种材料。在测试中，它的性能轻松地与传统的铂基合金相匹敌，击败了铁和掺氮石墨烯(另一个竞争者)。
关于发现的论文出现在美国化学学会期刊中ACS纳米．
“钌通常是在四个阵列之间固定时高活性催化剂氮原子图尔说。“由于我们使用的是单个原子点，而不是小粒子，所以没有埋地原子不能反应。所有的原子都可以反应"
图尔说，将单个钌原子分散到石墨烯(碳的原子厚度形式)上，结果是相当简单的。它涉及到将氧化石墨烯分散在溶液中，装入少量钌，然后冷冻干燥新溶液并将其变成泡沫。
在氮气和氢气存在的情况下，在750摄氏度(1382华氏度)的烘烤下，石墨烯会减少，并将氮原子锁定在表面，为钌原子提供可以结合的位置。
在较高和较低温度下制备的材料效果都不太好，而那些在适当温度下但既不含钌也不含氮的材料证明了反应的质量取决于这两种物质的存在。
该材料表现出良好的耐甲醇交叉和一氧化碳中毒在酸性介质中，两者都会降低燃料电池的效率;这种降解是传统铂燃料电池一直存在的问题。
更多信息:“氮掺杂石墨烯上的单原子钌催化位点，用于酸性介质中的氧还原反应”ACS纳米(2017)。pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.7b02148.
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