近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室博士陳偉、崔萍與同行合作，在二維材料受限催化理論研究方面取得新進(jìn)展，預(yù)言石墨烯覆蓋下鎳表面可成為理想產(chǎn)氫平臺。該研究成果發(fā)表在9月2日出版的《納米快報》（Nano Letters）上。共同第一作者為中國科大2016屆本科畢業(yè)生周逸濃和量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心墨子博士后陳偉。

近年來，中科院大連化學(xué)物理研究所包信和研究團(tuán)隊提出了受限催化的概念。在此基礎(chǔ)上，中國科大研究團(tuán)隊進(jìn)一步提出了臨界催化的概念，即選取本身已經(jīng)具有一定催化活性的廉價金屬材料，通過二維材料的修飾引入受限催化，從而大幅加快氫生成的速率。通過第一性原理計算，該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)當(dāng)氫原子位于石墨烯和不同金屬的界面時，其吸附能比在沒有石墨烯覆蓋的金屬上都有一定程度的減弱。特別突出的是，金屬鎳面的吸附能因為石墨烯的覆蓋，其相應(yīng)的析氫能力被調(diào)控到火山型曲線的峰值附近，成為具有高催化活性的催化劑材料。同時，計算表明氫在界面處的擴(kuò)散速率仍非?？欤@一性質(zhì)也確保生成物的快速收集。該研究工作為清潔能源氫氣的廉價制備以及其它一些工業(yè)上重要的化學(xué)反應(yīng)提供了新思路。

上述研究得到了基金委、中科院、科技部和教育部的資助。

（a）石墨烯加強(qiáng)鎳表面催化析氫反應(yīng)示意圖；（b） 范德瓦耳斯力修正的不同金屬表面的析氫催化活性的火山型曲線；（c） 理論預(yù)言的石墨烯覆蓋后不同金屬表面的析氫催化活性的火山型曲線。