中國科大預言石墨烯覆蓋下鎳表面可成為理想產氫平臺

近日，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室博士陳偉、崔萍與同行合作，在二維材料受限催化理論研究方面取得新進展，預言石墨烯覆蓋下鎳表面可成為理想產氫平臺。該研究成果發表在9月2日出版的《納米快報》（Nano Letters）上。共同第一作者為中國科大2016屆本科畢業生周逸濃和量子信息與量子科技前沿協同創新中心墨子博士后陳偉。

近年來，中科院大連化學物理研究所包信和研究團隊提出了受限催化的概念。在此基礎上，中國科大研究團隊進一步提出了臨界催化的概念，即選取本身已經具有一定催化活性的廉價金屬材料，通過二維材料的修飾引入受限催化，從而大幅加快氫生成的速率。通過第一性原理計算，該團隊發現當氫原子位于石墨烯和不同金屬的界面時，其吸附能比在沒有石墨烯覆蓋的金屬上都有一定程度的減弱。特別突出的是，金屬鎳面的吸附能因為石墨烯的覆蓋，其相應的析氫能力被調控到火山型曲線的峰值附近，成為具有高催化活性的催化劑材料。同時，計算表明氫在界面處的擴散速率仍非常快，這一性質也確保生成物的快速收集。該研究工作為清潔能源氫氣的廉價制備以及其它一些工業上重要的化學反應提供了新思路。

上述研究得到了基金委、中科院、科技部和教育部的資助。

（a）石墨烯加強鎳表面催化析氫反應示意圖；（b） 范德瓦耳斯力修正的不同金屬表面的析氫催化活性的火山型曲線；（c） 理論預言的石墨烯覆蓋后不同金屬表面的析氫催化活性的火山型曲線。