新型制氢催化剂是迈向清洁燃料的一步

1、 由加州大学圣克鲁斯分校开发的纳米复合材料显示出令人印象深刻的性能，作为电化学分解水产生氢气的催化剂。高效低成本的催化剂对于实现氢气作为清洁环保燃料的前景至关重要。

2、 加州大学圣克鲁斯分校化学和生物化学教授陈少伟领导的研究人员一直在研究使用碳基纳米结构材料作为催化剂，从水中产生氢气。在最近的一项研究中，他们在由氮化碳组成的片状纳米结构中加入了钌离子，并获得了良好的结果。钌掺杂的氮化碳与石墨烯(一种片状碳)结合形成层状复合材料，进一步提高了性能。

3、 “在这些纳米结构材料中，钌和氮的结合化学在高催化性能中起着关键作用，”陈说。“我们还表明催化剂的稳定性非常好。”

4、 这一新发现发表在《ChemSusChem》上，这是一份涵盖可持续化学和能源材料的顶级期刊。这篇论文也登上了1月10日的封面。第一作者是陈实验室的一名研究生。他领导了这项研究，并设计了封面图片。

5、 氢气作为一种清洁和可再生的燃料一直很有吸引力。例如，为电动汽车提供动力的氢燃料电池只释放水蒸气。然而，目前氢气生产仍然严重依赖化石燃料(主要是通过蒸汽从天然气中提取氢气)。找到一种低成本、高效的方法通过电解从水中提取氢气将是一个重大突破。来自太阳能和风能等可再生能源的电力可能是间歇性和不可靠的，然后可以很容易地以氢燃料的形式储存和分配。

6、 目前，最有效的水制氢电化学催化剂是稀有昂贵的铂。碳基材料已显示出良好的前景，但其性能还没有达到铂基催化剂的水平。

7、 在陈实验室开发的新型复合材料中，嵌入氮化碳纳米片的钌离子改变了电子在基体中的分布，为质子结合生成氢创造了更多的活性位点。在结构中加入石墨烯进一步增强了电子的再分布。

8、 “石墨烯和氮化碳纳米片形成三明治结构，这导致电子进一步重新分布。这给了我们更大的质子还原效率，”陈说。

9、 该复合材料的电催化性能与工业铂催化剂相当。不过，陈指出，要实现低成本、高效率的制氢，科研人员还有很长的路要走。

10、 除了彭和陈，这项研究的共同作者还包括加州大学圣克鲁斯分校的潘和刘佳恩，以及华南理工大学的王楠。这项工作得到了美国国家科学基金会和美国国家航空航天局资助的Merced纳米材料能源和传感中心的支持。

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