采用廉价和储量丰富的非贵金属替代稀有的贵金属作为催化剂,实现重要能源和化工过程的高效转化是当今催化科学和化学化工研究的热点。近日,中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室副研究员邓德会和中科院院士包信和带领的研究团队在长期深入研究纳米碳材料催化的基础上,通过创新二维纳米碳材料(类石墨烯材料)的制备策略和合成方法,成功实现了均一的超薄石墨烯壳层(一般为1-3碳层)对3d过渡金属纳米粒子的包裹和封装。理论模拟和实验研究表明,在催化反应过程中,活性金属纳米粒子催化剂在纳米碳空腔中的封装阻断了其与苛刻反应环境(如酸性、碱性和强氧化性等)的直接接触,有效地延缓和阻止了催化剂的失活,同时,被包裹的纳米金属的活性价电子通过与类石墨烯碳层的相互作用“穿透(penetration)”到外表面,实现了高效催化反应。基于这一原理制备得到的石墨烯碳层封装的纳米钴-镍催化剂应用于强酸性条件下电解水制氢反应(HER),表现出了优异的催化活性和稳定性,在电流密度为10 mA/cm2 的条件下,电解水阴极过电位仅为142 mV,性能接近于通常采用的40%Pt/C催化剂,相关结果于近日在《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed., 2015, DOI: 10.1002/anie.201409524)在线发表,并被该期刊选为“热点文章(Hot Paper)”。
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