“数学设计的石墨烯具有改善的电催化活性”

一个国际研究小组提高了石墨烯催化通过水释放氢的氢析出反应的能力。 他们设计了数学预测的石墨烯电催化，并利用高分辨率的电化学显微镜和计算模型证实了其性能。 研究结果发表在高级科学杂志上。

东北大学材料研究高级研究所( aimr )的akichika kumatani、大阪大学的tatsuhiko ohto、筑波大学的yoshikazu ito、日本和德国的同事们通过在石墨烯孔的确定边缘附近添加氮和磷的掺杂剂，对氢进行电催化。

石墨烯类催化剂优于金属类催化剂。 由于稳定可控，适用于燃料电池、能量储存转换装置、水电解。 可以通过多次修改结构来改善属性。 但是科学家们需要在纳米尺度上看到这些变化，知道它们是如何共同促进催化作用的。

kumatani和他的同事使用最近开发的扫描电化学电池显微镜( seccm )，直接从亚微观上注意了电解过程中电流通过水时发生的电化学反应。 另外，还可以分解石墨烯电催化的结构变化如何影响电化学活性。 以前流传下来的做法不能引起这样的注意。

这个小组合成了由石墨烯片制成的电催化。 这个座位充满了数学预测的洞，边缘很清晰。 孔周围的边缘增加了可以用于发生化学反应的活性位点的数量。 他们通过在孔的边缘添加氮和磷原子来掺杂石墨烯片。 然后，使用石墨烯类电催化增强电解中氢的释放。

采用了seccm，该小组发现石墨烯电催化大大改善了电解中能量释放的电流形成。 根据他们的计算，添加氮和磷的掺杂剂，可以提高细孔周围原子上正负电荷的对象度，提高电流传输的能力。

氮掺杂和磷掺杂的多孔石墨烯电催化比只掺杂两种化学元素中的任一种好。

这些研究结果为石墨烯类电极催化剂中石墨烯边缘结构的原子级工程开辟了道路，通过电化学活动的局部可视化，研究者进行了总结。

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