析氫反應(yīng)（HER）急需有效的非貴金屬催化劑。N摻雜石墨烯和具有成本效益的金屬的混合有望成為增強(qiáng)HER性能的有前途的方法，但在可控制造方面面臨瓶頸。在此，開(kāi)發(fā)了一種二氧化硅介質(zhì)輔助方法，用于高效合成單層N摻雜石墨烯封裝鎳納米粒子（Ni@SNG），其中通過(guò)抑制氣態(tài)碳自由基反應(yīng)物的擴(kuò)散，二氧化硅納米片分子篩巧妙地輔助單層石墨烯在Ni上的自限性生長(zhǎng)納米粒子。在800 °C合成的Ni@SNG樣品在堿性介質(zhì)中表現(xiàn)出優(yōu)異的HER活性，在10 mA cm−2下具有99.8 mV的低過(guò)電位，接近最先進(jìn)的Pt/C催化劑。值得注意的是，Ni@SNG催化劑也被開(kāi)發(fā)為磁場(chǎng)中的無(wú)粘合劑電極，其性能比普通的Nafion粘合劑基電極有很大提高。因此，磁性吸附技術(shù)將是克服聚合物粘合劑基電極在實(shí)際應(yīng)用中的高電子電阻和較差粘附穩(wěn)定性的一種非常有前景的方法。
Figure 1. 在SiO2的幫助下，由SG（或單層N摻雜石墨烯）封裝的Ni NPs的大規(guī)模制造示意圖
Figure 2. Ni3Si2O5(OH)4和SiO2−Ni@SNG的結(jié)構(gòu)表征。
Figure 3. Ni@SG和Ni@SNG樣品的結(jié)構(gòu)表征。
Figure 4. Ni@SG 和 Ni@SNG 的成分表征。
Figure 5. Ni@SG、Ni@SNG和20 wt% Pt/C在GCE上1.0 M KOH 溶液中的電化學(xué)表征。
Figure 6. 電極結(jié)構(gòu)和電化學(xué)表征。
相關(guān)研究成果于2021年由臺(tái)灣科技大學(xué)Jong-Sung Yu課題組，發(fā)表在ACS Appl. Mater. Interfaces（https://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c17557）上。原文：Self-Limiting Growth of Single-Layer N?Doped Graphene Encapsulating Nickel Nanoparticles for Efficient Hydrogen Production。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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