《近室温化学气相沉积的石墨烯和稀释的甲烷和熔融镓催化剂》

  • 来源专题:纳米科技
  • 编译者: 郭文姣
  • 发布时间:2017-10-03
  • 石墨烯的直接生长是非常理想的,但是由于1000摄氏度的化学汽相沉积(CVD)温度,它会严重地恶化底物。在这里,我们报告了石墨烯CVD温度的大幅下降,在蓝宝石上降至50摄氏度,在聚碳酸酯上使用100摄氏度,通过使用稀释的甲烷作为来源和熔融镓(Ga)作为催化剂。低温石墨烯的合成是通过碳吸附到已经存在的石墨烯核岛屿的边缘而产生的,并且不会对基板造成损害。使用熔融Ga催化剂的一个关键好处是在低温度的Ga中增加的甲烷吸收;这就导致了在300摄氏度以下的0.16伏特的明显反应障碍。由于低反应障碍和低温度石墨烯核传输协议,快速的生长动力学可以促进在许多种基板上的实际直接石墨烯合成,减少到50-100摄氏度。我们的研究结果在降低石墨烯合成温度和理解其机理方面取得了显著的进展。

    ——文章发布于2017年9月28日

相关报告
  • 《廉价稀土有望成为新型甲烷转化催化剂》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-07-30
    • 光照一照,气态甲烷变液态燃料,这可能吗?近日,上海科技大学对外发布,该物质科学与技术学院左智伟科研团队开发了一种廉价、高效的铈基催化剂和醇催化剂的协同催化体系,使得甲烷可以在光的照射下转化成高附加值的化工产品。该技术有望代替传统高温高压的贵金属催化体系,为甲烷开发利用提供崭新和更加经济、环保的解决方案。《科学》杂志当天凌晨在线发表这一成果。 甲烷作为天然气的主要成分,是有机化学中最简单的化合物,但也是最难被活化的分子。甲烷直接活化的探索,是有机化学研究领域公认的“圣杯”。左智伟教授介绍说,目前国际上常用的高效催化剂一般需要使用稀有且昂贵的贵金属(铂、钯等),同时往往需要高温高压的反应条件,考虑到规模性和经济性,这种方法很难实际应用到工业中。 光促氧化还原催化是一项新兴的催化技术,但用光能在室温下活化甲烷,此前尚未有人尝试。凭着直觉和勇气,左智伟团队大胆尝试了这一催化技术,并选取了铈这一在有机光化学中很少使用的材料作为催化剂。“铈在我国的稀土资源中占比近50%,如果成功了,一定可以大大降低催化剂的价格。”左智伟激动地说。值得一提的是,该课题的四位作者全部来自上科大物质学院,平均年龄不到30岁,是国内科学界的生力军。 “从一开始我们就认识到了这种方式的风险性,因此没有贸然对甲烷展开研究。”为了验证方案可行性,左智伟团队采取分步策略,先后在伯醇、丙烷等物质上进行验证。2202次尝试和优化,足足花了团队两年时间,直到今年5月,才终于确认了最优的催化剂组合。实验显示,在极其普通的三氯乙醇的协同作用下,廉价稀土金属铈能发挥出与稀有的贵金属相媲美的甲烷催化效果。团队成功地使用商品化LED光源作为反应能量来源,在室温条件下,顺利实现了高选择性的甲烷到高附加值产物的转化。据介绍,该种催化剂非常易得,且市售价格不到铂类催化剂价格的万分之一,为规模性应用奠定了优势。去年底,上科大和相关药业公司签订了一个关于铈催化氧化反应的合作转让协议,目前已经具备百公斤级别的生产条件。
  • 《美国高校开发三层双功能制氢催化剂》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2019-10-31
    • 由莱斯大学和休斯敦大学开发的一种新型高效、高度活跃的双功能催化剂可将水分解成氢和氧,而不需要像铂这样昂贵的金属。该研究小组认为,这项工作提供了一种简单的策略,即从地球丰富的材料中制造出高效的电催化剂,用于整体水分离。   由莱斯大学生产、休斯敦大学测试的电解膜是一种三层结构的镍、石墨烯和三元金属磷化物(FeMnP、铁、锰和磷)。泡沫镍使薄膜有一个较大的表面,使导电石墨烯保护镍不受降解,金属磷化物也能进行反应。   石墨烯,一种原子厚度的碳,是保护底层镍的关键。在化学气相沉积(CVD)炉中的镍泡沫上形成1至3层石墨烯,并且还通过CVD和单一前体将铁、锰和磷加在其上。   通过对镍泡沫和无石墨烯的磷化物进行了测试比较了中间的镍泡沫和无石墨烯的磷化物,结果发现导电石墨烯降低了氢和氧反应的电荷转移电阻。   Whitmire表示,该材料具有可扩展性,可应用于生产氢和氧的汽车工业中,也可用于电催化储存能量的太阳能和风力发电设施。   在氢进化反应(HER)和氧进化反应(OER)中,FeMnP表现出高的电催化活性。利用FeMnP / GNF作为阳极和阴极进行整体水分离,团队在低至1.55 V的电池电压下实现了10 mA cm-2的电流密度。通过密度泛函理论(DFT)的计算表明,暴露Fe和Mn位点的切面是实现HER高活性的必需条件。   Kenton Whitmire表示:“常规金属有时会在催化过程中氧化。通常,氢的进化反应是酸的,氧的进化反应是在碱中完成的。我们这次所研发的是一个稳定的材料,不管是在酸性还是碱性溶液中。”   这一发现建立在研究人员今年早些时候发明的一种简单的氧进化催化剂之上。在这项工作中,研究小组直接在一个半导体纳米线阵列上产生了催化剂,将太阳光转化为太阳能水分解的能量。