双表面石墨烯电极将水分解为氢和氧

莱斯大学化学家已经生产出一种基于激光诱导石墨烯的催化剂，该石墨烯一侧将水分解为氢气，另一侧分解为氧气。他们说，廉价材料可能是生成氢气用于未来燃料电池的实用部件。

由化学家詹姆斯·图尔的莱斯实验室开发的易于制造的材料提供了一种强大而有效的储存化学能的方法。试验表明，薄催化剂同时在两侧产生大量氧气和氢气泡。

该过程是美国化学学会应用材料与接口论文的主题。

“氢气目前是通过将天然气转化为二氧化碳和氢气的混合物制成的，”Tour说。“因此，对于每两个氢分子，形成一个二氧化碳分子，使这一传统过程成为温室气体排放者。

“但如果将水分解为氢气和氧气，使用催化系统和风能或太阳能产生的电力，那么提供的氢气就完全可以再生，”他说。“一旦用于燃料电池，它就会恢复到没有其他排放的水。燃料电池的效率通常是内燃机的两倍，进一步节省能源。”

该催化剂是多功能激光诱导石墨烯(LIG)的另一种用途，Rice于2014年推出.LIG是通过用激光处理一片聚酰亚胺(一种廉价塑料)的表面而制成的。LIG不是平坦的六边形碳原子片，而是石墨烯片的泡沫，其一个边缘连接到下面的表面，化学活性边缘暴露在空气中。

LIG本身是惰性的，因此将其转换为分水器需要更多步骤。首先，实验室浸渍塑料的一面，用于从铂水中提取氢气; 然后实验室用激光加热表面并制作LIG。稻米研究生，该论文的第一作者Jibo Zhang表示，Rice材料只使用了商业催化剂中四分之一的铂金。

另一方面，氧气释放，首先转变为LIG，然后通过电化学沉积用镍和铁增强。双方均显示低起始电位(开始反应所需的电压)和超过1,000次循环的强性能。

实验室提出了另一种变化：将聚酰亚胺制成具有钴和磷的LIG催化剂，可替代铂或镍 - 铁两侧产生氢气或氧气。虽然低成本材料通过消除昂贵的贵金属而获益，但它牺牲了氢气生成的一些效率，Tour说。

当配置钴 - 磷用于析氢并且镍 - 铁配置为氧时，催化剂在1.66伏特下输送10毫安/平方厘米的电流密度。它可以在1.9伏特下增加到每平方厘米400毫安，而不会降低材料质量。电流密度决定了化学反应的速率。

Tour表示，增强型LIG可提供与许多现有系统相当且通常更好的水分解性能，并具有氧气和氢气产品之间固有分离器的优势。他指出，作为从远程太阳能或风力发电厂化学储存能量的一种方式，它可能会发现很有价值，否则这些能量将在传输中丢失。

他说，这种材料也可以作为高效二氧化碳或氧气还原电催化平台的基础。