“因此，我们采用介孔二氧化硅对石墨烯进行保护，利用二氧化硅片层在微米尺寸上稳定石墨烯，同时利用介孔在纳米尺寸稳定纳米催化剂颗粒，从而得到高稳定的石墨烯基催化剂。”张铁锐说。
这就相当于，将二氧化硅片层看作两块木板，将石墨烯“布料”平铺压在其间，这自然就使得“布料”不搓团。“也很像三明治结构。”
固定纳米催化剂颗粒
2010年，张铁锐作为中科院“百人计划”海外引进人才加入理化所。从那时起，他就与殷亚东课题组联合研发这一课题。
一直以来，双方都在二氧化硅材料方面进行了长期研究。“基于此，我们想到，这种廉价、热稳定的二氧化硅材料可成为稳定石墨烯的优先选择。”他说。
石墨烯与金属纳米颗粒互相之间能够互补从而具有更高的催化效率。在工业应用中，不少金属纳米催化剂都以贵金属为原料，例如燃料电池中就会使用铂。催化剂高昂的成本使得如何保证其高活性成为一个重要的问题。
张铁锐与团队一度遭遇的难题是，纳米催化剂好比是一颗颗扣子，如果不想办法固定在“布料”上，很容易四处滑动、碰撞。
如果选用实心二氧化硅结构，虽然对纳米催化剂可起到保护作用，但由于孔道过于狭小，必然会遮蔽催化剂的活性位点，导致催化剂活性下降。
另外，在一定催化反应条件下，纳米催化剂颗粒之间就像冰激凌球融化后之间黏连，同样致使催化剂效率降低。
“莲蓬给了我们很好的启示。”张铁锐说。催化剂就好像是莲蓬中的莲子，这些小小的颗粒既可以暴露又固定在莲蓬头的小孔中，想要达到的效果都有了：在抑制纳米颗粒团聚的基础上同时保证其高活性。
相关研究结果以“热点文章”形式发表在国际化学领域顶级期刊《德国应用化学》，并被选为当期“内封面”向读者重点推荐。
国际著名科学媒体Materials Views以A robust graphene-supported catalyst为题，对该研究进行亮点点评。其认为，这种石墨烯模板和“介孔二氧化硅封装保护”策略的组合提供了一个健壮的开发高稳定工业相关催化剂的平台。
“科学研究始终应以应用为最终导向。”张铁锐对此非常肯定。这项研究提供了一个高稳定性的石墨烯/金属复合催化剂平台，为进一步探索其催化性能提供了基础，解决了其走向实际应用中的主要难题之一。
“我们正在考虑针对一些具有重要工业应用价值的催化反应对石墨烯/金属复合催化剂的组成、尺寸及各种可能影响因素进行优化。期望得到具有最好性能的催化剂材料，并推广于应用。”他说。
电池网微信
