理论计算和实验研究表明，单层的石墨烯壳层极大地促进了电子从金属向石墨烯的转移，从而有效地调变了石墨烯的电子结构，激发了石墨烯碳层的化学和催化活性，同时，由于石墨烯壳层对金属纳米粒子的保护，有效避免了强碱等苛刻环境对金属的腐蚀。催化这一过程的“电子穿透”的概念由该研究团队于2013年首次提出(Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 371)，相关原理已得到国际同行的广泛认可，国际上多个研究组已开始跟进研究，被形象描述成为催化剂“穿铠甲”(chainmail for catalyst)。近年来，该研究团队在该领域不断取得新进展，先后从实验和理论上发现和验证了石墨烯“铠甲”厚度对非贵金属的“电子穿透”能力，对酸性质子交换膜燃料电池中阴极氧还原活性 (J. Mater. Chem. A 2013, 1, 14868)，以及酸性电解水析氢反应活性 (Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 2100) 的影响；提出了该类催化剂在酸性条件下催化电解水析氢的反应机理 (Energy Environ. Sci. 2014, 7, 1919)；与他人合作发现该类催化剂用作染料敏化太阳能电池的对电极材料，表现出了比贵金属Pt更为优异的I3- 还原活性 (Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 7023)；利用Soft X-ray成像技术直接观察到活性金属对碳层表面电子结构的调变，并结合理论计算阐明了金属-碳相互作用的本质(Chem. Sci. 2015, 6, 3262)，逐渐形成了一个较为完整的概念。
以上研究得到了国家自然科学基金委、中国科学院纳米先导专项和教育部能源材料化学协同创新中心 (2011·iChEM) 的资助。
大连化物所在电解水催化剂的贵金属替代研究中取得进展
编辑：叶瑞优
新闻来源：http://www.cas.cn/syky/201512/t20151221_4500057.shtml
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