美國加州大學圣克魯斯分校研制了一種納米結構復合材料，在催化水的電化學裂解生產氫氣方面顯示出令人印象深刻的性能。高效、低成本的催化劑對于實現氫作為清潔、環保燃料的承諾至關重要。

加州大學圣克魯斯分校的化學和生物化學教授Shaowei Chen教授領導的研究人員一直在研究碳基納米結構材料的使用，用于從水中產生氫氣的反應。在近的一項研究中，他們通過將釕離子注入由氮化碳組成的片狀納米結構中取得了很好的結果。將釕摻雜的氮化碳與石墨烯（一種片狀碳的形式）結合形成層狀復合材料，進一步提高了性能。

“在這些納米材料中，釕與氮的結合化學對于高催化性能起著關鍵作用，”Chen說。“我們還證明了催化劑的穩定性是很好的。”

這項新發現發表在《化學》雜志上，該雜志是關于可持續化學和能源材料的頂級雜志，文章刊登在1月10日的封面上。第一作者Yi Peng是Chen的實驗室的一名研究生，他領導了這項研究并設計了封面圖片。

氫作為一種清潔和可再生的燃料，長期以來一直具有吸引力。例如，為電動汽車供電的氫燃料電池只能排放水蒸氣。然而，目前的氫生產仍然嚴重依賴于化石燃料（主要是利用蒸汽從天然氣中提?。?。尋找一種低成本、高效的方法，通過電解從水中提取氫氣，將是一個重大突破。太陽能和風能等可再生資源產生的電力可能是間歇性的和不可靠的，因此可以很容易地作為氫燃料儲存和分配。

目前，從水中產生氫氣的電化學反應有效的催化劑是以稀缺且昂貴的鉑為基礎的。碳基材料已顯示出良好的前景，但其性能還沒有接近于鉑基催化劑。

在Chen的實驗室研制的新型復合材料中，嵌入在氮化碳納米片中的釕離子改變了基體中電子的分布，為質子與氫的結合創造了更活躍的位置。在結構中加入石墨烯進一步增強了電子的再分布。

“石墨烯與氮化碳納米片形成夾層結構，導致電子的進一步再分布。這給了我們更大的質子還原效率，”Chen說。

作者報道，該復合材料的電催化性能可與商用鉑催化劑相媲美。然而，Chen教授指出，要實現廉價高效的氫氣生產，研究人員還有很長的路要走。

除了Peng和Chen，該研究的合著者還包括來自加州大學圣克魯斯分校的Wanzhang Pan和Jia-En Liu,還有來自華南理工大學的Nan Wang。這項工作得到了美國國家科學基金會和美國航天局資助的Merced納米材料能源和傳感中心的支持。

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