3D石墨烯气凝胶催化剂显示燃料电池的承诺

例证显示了由稻米大学的研究人员创造的三维气凝胶，将石墨烯纳米与硼和氮合并。Aerogels将承诺作为燃料电池中昂贵的铂金作为可能的替代品。

稻米大学的新研究表明，形成三维气凝胶并用硼和氮素增强的石墨烯纳米是用于燃料电池的优异催化剂。

由材料领导的团队科学家科学家普利克尔Ajayan和化学家詹姆斯之旅由石墨烯纳米波兰纳米和各种硼和氮的无金属气凝胶，以测试其电化学性质。在涉及在燃料电池中发生的一半催化反应的测试中，它们发现了大约10％的硼和氮的形式在催化所谓的氧还原反应时有效，从而从甲醇等原料产生能量的步骤。

该研究出现在美国化学学会杂志的材料化学中。

Ajayan的稻米实验室在转向纳米结构进入宏观材料，如2012年发明的吸油海绵，或者最近，最近，坚固的纳米管块，具有可控密度和孔隙率。新研究将这些能力与旅游实例的2009年方法联合起来，将纳米管解压缩到导电石墨烯纳米中。

研究人员已经实现了石墨烯作为催化剂的潜力不会沿着平面躺在扁平面上，而是沿着曝光的边缘，其中分子更喜欢相互作用。将米队将碳纳米管化成碳纳米管进入丝带，然后将它们坍塌成多孔，三维气凝胶，同时用硼和氮分子装饰丝带边缘。

新材料提供沿着暴露的氧还原反应的暴露边缘的丰富活性部位。燃料电池通过将电子的过程转动到电力中的氢气（或氢气熔点）作为电力的过程，并将其与电路关闭的氢和氧气重新结合它们。主要废物产品是二氧化碳和甲醇的水，或来自氢气，只是水。

Ajayan说，大多数当前燃料电池中的反应催化催化，但铂金的高成本促使寻找替代品。

“开发碳基催化剂的关键是掺杂过程中，尤其是氮和硼等元素，”他说。“近年来，石墨碳 - 硼 - 氮系统抛出许多惊喜，特别是作为铂类催化剂的可行替代品。”他说，稻米过程是独一无二的，因为它不仅暴露边缘，还提供多孔导管，使反应物渗透材料。

用水稻理论物理学家博伊斯雅库森和他的学生发现，单独的硼和氮掺杂都不会产生所需的反应。测试发现，优化的硼/氮气气凝胶在避免交叉效果时远远优于铂，其中诸如甲醇的燃料渗透到分离电极的聚合物电解质并降低性能。研究人员观察到5,000个循环中没有这样的效果。

米研究生永济龚和喜龙飞和博士后研究员小龙邹是纸的牵头作者。共同作者是龙兰叶和志伟鹏的米饭研究生;南阳大学新加坡大学南阳大学稻校友郑刘北京，北京北京大学橡树岭国家实验室吴周;大米材料科学和纳米工程的副教授Jun Lou;和罗伯特·瓦泰，大米材料科学系和纳内工部长高级教师研究员。

雅各布森是赖斯的材料科学与纳米工程教授Karl F. Hasselmann以及化学教授。Tour是T.T.和W.F.Chao Chemistry椅子以及材料科学和纳米工程教授以及电脑科学和赖斯理查德E. Smalley Compalley纳米级科学技术研究所。Ajayan是赖斯的本杰明M.和玛丽格林伍德安德森工程教授，以及材料科学教授和纳米工程和化学。

该研究得到了科学研究空军办公室的Welch基金会的支持;来自美国军队研究办公室的多学科大学研究倡议，科学研究和海军研究办公室。和能源橡木岭国家实验室部。研究人员利用了国家科学基金会支持的Davinci SuperComputer，由Rice的Ken Kennedy信息技术研究所管理。

出版物：Yongji Gong等人，“硼 - 和氮气 - 取代的石墨烯纳米为氧还原反应的有效催化剂，”Chem。Mater。，2015,27（4），PP 1181-1186; DOI：10.1021 / cm5037502

图像：安扎安集团/赖斯大学