如圖所示為賴斯大學的掃描電子顯微鏡顯示的鈷浸漬金屬氧化物-激光誘導制備石墨烯。這種材料是替代鉑質或其他貴金屬作為燃料電池催化劑的理想材料。圖片比例= 10微米。圖片來源:萊斯大學。
賴斯大學的化學家開發出利用一種獨特的石墨烯嵌入金屬納米粒子的方式，從而制備出有用的燃料電池催化劑以及作用于其他應用領域。
激光誘導石墨烯是去年賴斯實驗室的化學家JamesTour是一種具有柔性表面的多孔石墨烯薄膜，由常見的聚酰亞胺塑料暴露在商業激光劃片上制備而成。研究人員發現這是一種提高金屬制品活性的物質。
這項研究刊登在ACS Nano上。
研究人員將這種材料稱為金屬氧化物-激光誘導石墨烯材料(MO-LIG)，這是一種新型可取代昂貴的鉑等金屬燃料電池的催化劑，其實現將氫和氧轉換成水和電的功能。
Tour指出：“這種材料的優勢是可以使用商業聚合物制品，通過簡單廉價的金屬鹽制備得到。接下來，我們計劃利用商業激光劃線器，將生成的金屬納米粒子嵌入石墨烯。石墨烯的很多化學反應是通過激光制備的，這種方式實現了石墨烯在室溫下的制備。
“這種復合材料的金屬含量不到1%，可以作為“超級催化劑”應用在燃料電池領域中。與其他方法相比，這種方式的步驟更為簡單，也不需要昂貴的金屬和碳前驅體。”
起初，研究人員利用商用聚酰亞胺激光制備石墨烯表面。后來，他們將硼注入聚酰亞胺液體中生產石墨烯，這種石墨烯存儲電荷的空間大大增加，可以成為有效的超級電容器。
作為最新的研究，研究人員將三種濃度的含鈷、鐵或鉬金屬鹽進行混合。在混合液冷凝成薄膜之后，利用紅外激光固化，在氬氣中加熱750攝氏度約半個小時。
這一制備過程產生了含有金屬的高強度MO-LIGs材料，其中10納米的粒子在石墨烯上均勻分布。研究人員還測試了這種催化劑的氧還原的能力，這是燃料電池中的一個重要的化學反應。進一步摻雜硫的催化劑可以促進氫的轉化，另種催化劑將水轉化為氫，Tour解釋說。
“值得注意的是，簡單的石墨烯-鉬硫氧化物催化劑可以將金屬氧化物轉化金屬硫化物，制備出氫轉化反應的催化劑，具有廣泛的使用領域。”他說。
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