导热性强、导电率高、薄且坚硬、透光度好、结构稳定、载流子迁移速度快……毫无疑问，无论是现在还是未来几十年，石墨烯都是一颗闪亮的材料“明星”。石墨烯基催化剂在催化领域具有的优异性能也时常见诸报端。
“但我们发现，和在其他催化领域如光催化、电催化相比，石墨烯基催化剂在热催化领域的发展十分缓慢。”1月14日，中国科学院理化技术研究所(以下简称理化所)研究员、中科院“百人计划”入选者张铁锐在接受采访时，对《中国科学报》记者说。
科研人员发现，很多理论预测表明，石墨烯基催化剂在热催化中会有很好的性能，却很少有相关工作能够实现。
“通过详细的实验研究，我们发现，这可能是由于两大主要问题导致的。”张铁锐表示，他带领理化所的科研人员与美国加州大学河滨分校殷亚东教授不仅找到了问题所在，还给石墨烯安上了“莲蓬头”，从而保证了催化剂的稳定性与活性。
让石墨烯“布料”不搓团
石墨烯的厚度只有0.34纳米，即使将十万层石墨烯叠加在一起，厚度也只相当于一根头发丝的直径。这就是张铁锐带领团队开展工作的平台。
石墨烯基催化剂在热催化领域发展缓慢的两大原因同样也是其固有缺点。
“石墨烯纳米片之间的强π—π相互作用力使催化剂团聚严重从而遮蔽了大量活性位点。”张铁锐解释其中一个问题。
另一个问题为，石墨烯与其表面负载的纳米催化剂之间作用力较弱，使得负载的纳米催化剂颗粒容易发生迁移、团聚长大从而降低甚至失去催化活性。
张铁锐将石墨烯比喻为柔软的布料。如果将布料随意放着，就容易揉团。石墨烯基材料的特点通常是基于石墨烯较大的表面积以及特殊的电子效应。
介于以上两大难题，这些性质在热催化领域无法体现，大大限制了石墨烯的应用。
对于石墨烯基催化剂而言，保持单层石墨烯的良好分散性是解决其未来应用的重要前提。尤其为了提高催化活性，对催化剂的活性位点进行适当的保护显得尤为重要。
如何在又细又柔软的石墨烯上将催化剂颗粒摆放整齐，同时还能保证催化剂活性不丧失？
电池网微信
