【ACS Nano】适用于新燃料电池的钌规则

莱斯大学的科学家们通过将单一的钌原子附着到石墨烯上，设计了一种能够提高燃料电池性能的持久的催化剂。

催化剂驱动氧化还原反应的进行，使得燃料电池将化学能转化为电能。这一类型反应的催化剂通常是由金属铂制成，是由于金属铂能够抵抗电池电荷电解质的酸性的侵蚀。但由于铂金是非常昂贵的，所以近几十年，科学家致力于寻找适当的替代品作为反应的催化剂。

化学家James Tour表示钌-石墨烯的组合可能适应于这一反应。他与莱斯大学的同事以及中国的科学家们一起开发了这一新材料。在测试过程中，科学家们发现其性能与传统的铂基合金催化剂，以及和最佳配比的铁和氮掺杂的石墨烯的性能相当。

相关研究成果发表在美国化学学会期刊ACS Nano。

当钌原子固定在四个氮原子的阵列之间时，通常表现为一种高活性的催化剂，但它只是传统铂金催化剂成本的十分之一。而且在这篇文章中，作者使用的是单个原子位点，而不是微粒，所以并没有原子被包埋，所有的原子都可以进行反应。将单个钌原子分散在单层碳原子厚度的石墨烯片中。这一过程涉及到将石墨烯氧化物分散在溶液中，加载少量钌，对新溶液进行冷冻干燥并将其转化成为泡沫。在氮气和氢气的氛围下，在750摄氏度（1382华氏度）对材料进行烘烤，目的是将石墨烯和氮原子锁定在表面，从而为钌原子的结合提供了位置。

该材料在酸性介质中表现出优异的甲醇交叉耐受性和催化剂抗一氧化碳中毒的性质。这两者是降低了燃料电池的效率的主要原因，也是传统铂催化燃料电池持续存在的问题。

论文链接：

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.7b02148

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