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奈米微粒可催生氫氣

美國研究人員研發出一種新的催化劑,非常適合用於產氫反應(hydrogen evolution reaction, HER)。此催化劑是由石墨烯(graphene)與其上的二硫化鉬(molybdenum disulphide, MoS2)奈米微粒所構成,將來可望取代昂貴的鉑金屬,應用於氫氣的量產技術以供應工業以及民生需求。

圖片來源:nanotechweb.org

相較於石化燃料,氫氣屬於對環境較為友善的替代能源,特別是氫氣可由取之不盡的海水中以電化學反應生成。然而,目前 HER 反應效率最佳的催化劑鉑族金屬卻有價格居高不下的問題。

史丹佛大學的 Hongjie Dai 等人最近證明了具彈性的石墨烯氧化物可作為二硫化鉬奈米微粒的理想基板,而這種混合物的電催化活性遠優於無石墨烯的二硫化鉬微粒。研究人員利用溶劑熱反應(solvothermal reaction)製作此催化劑,反應中石墨烯氧化物會被還原形成 RGO(reduced graphene oxide)。

實驗中測得的塔弗斜率(Tafel slope,反映電化學反應速率)為 41 mV/decade,大幅超越先前的 MoS催化劑。這是因為 MoS奈米微粒邊緣有大量的催化面積以及微粒與石墨烯網路耦合效果良好的緣故。

除此之外,此複合催化劑亦具有小過電位(overpotential)、大電流密度與歷經千次循環仍不減活性等優點。Dai 表示,傳統催化劑如鉑與鈀儘管催化效率很高,但價格非常不具競爭力,因此未來有可能會被低成本且高效率的 MoS2/RGO 複合催化劑取代。他們目前正著手改良催化劑,並將其整合入光電化學反應中。詳見 J. Am. Chem. Soc.|DOI: 10.1021/ja201269b。

譯者:翁任賢(成功大學物理系)
責任編輯:劉家銘
原文網址:Nanoparticles for hydrogen production—nanotechweb.org [2011-04-28]

本文來自 NanoScience 奈米科學網 [2012-04-06] 

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