Reduction of water to hydrogen through electrocatalysis holds great promise for clean energy, but its large-scale application relies on the development of inexpensive and efficient catalysts to replace precious platinum catalysts. Here we report an electrocatalyst for hydrogen generation based on very small amounts of cobalt dispersed as individual atoms on nitrogen-doped graphene. This catalyst is robust and highly active in aqueous media with very low overpotentials (30 mV). A variety of analytical techniques and electrochemical measurements suggest that the catalytically active sites are associated with the metal centres coordinated to nitrogen. This unusual atomic constitution of supported metals is suggestive of a new approach to preparing extremely efficient single-atom catalysts.

Nature Communications 6, Article number: 8668 doi:10.1038/ncomms9668
Received 23 June 2015 Accepted 17 September 2015 Published 21 October 2015

http://www.nature.com/ncomms/2015/151021/ncomms9668/full/ncomms9668.html

中美科学家最新研究表明，由石墨烯掺杂氮和钴原子所形成的催化剂可长期有效地从水中生产氢。

利用催化剂可将水分解氢和氧。来自中国科学院、美国莱斯大学、德克萨斯大学圣安东尼奥分校及休斯顿大学的科学家近日在《Nature Communications》杂志上报告，他们开发出一种稳定的固态催化剂，可取代昂贵的铂来制氢，在利用低成本催化剂生产能源方面迈出了重要一步。

莱斯大学的科学家图尔表示，该项研究的最大特点是该催化剂不是利用金属颗粒，也不是利用金属纳米粒子，而是利用原子。因为即便是纳米颗粒，其有效部位仅在表面，很多纳米颗粒内部的原子无法发挥作用。新催化剂仅利用很少量的钴，其旁边没有金属原子，在很低的电压下即可发挥出相当于铂催化剂的效率。

研究人员将新催化剂混合成溶液，制成了纸状材料或表面涂层。单原子催化剂不是在表面上形成的，而是在液体中形成。这种催化剂很容易集成到设备上。

研究人员同时发现，在经热处理的石墨烯氧化物和少量的气态钴盐环境中，可使个别钴原子结合到材料上。电子显微镜图像显示钴原子在整个样本中分布十分广泛。

原子厚度的石墨烯是理想的基板，其有较高的比表面积，具有恶劣工作条件下的稳定性和高导电性。研究人员表示，铂碳催化剂起始电压低，仍是目前最好的催化剂，但新催化剂的产氢效率与铂碳催化剂相近，易生产，成本低于铂碳催化剂数百倍，是一种很好的高性能材料。

转自：http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA5NzIyNjEzNQ==&mid=400310732&idx=5&sn=9b3d50786ad575b58d3f9bd4b1a83cc2&scene=0#rd