p A iminente crise de energia fóssil e sérias questões ambientais e climáticas clamam urgentemente por sistemas de energia sustentável e tecnologias de armazenamento de energia de próxima geração. Em vez de um "ciclo do carbono" tradicional baseado em energia fóssil, o "ciclo do hidrogênio" surgiu e pode ser uma alternativa promissora. Com um dispositivo de divisão de água, H2 pode ser gerado a partir da água por eletricidade ou energia solar, e a energia transforma-se em energia elétrica / solar e química em baterias recarregáveis. Contudo, a questão central da divisão da água, reação de evolução de oxigênio (OER) (4OH ^- -> 2h ₂ O + O ₂ + 4e ^- , na base), é uma meia-reação cineticamente lenta, o que requer um alto sobrepotencial e impede o desenvolvimento de rachaduras de água. p Recentemente, um grupo de pesquisa da China, liderado pelo Prof. Qiang Zhang na Universidade de Tsinghua, desenvolveu um novo composto de grafeno / hidróxido de metal com atividade superior de evolução de oxigênio. Este trabalho está publicado na revista Materiais avançados .

p Por um lado, o grafeno é um material que exibe condutividade elétrica ultra-alta, alta área de superfície, e estruturas 3D ajustáveis, o que é excelente para eletrocatálise heterogênea. Contudo, a atividade intrínseca do grafeno é indesejável. Por outro lado, Hidróxidos duplos em camadas de NiFe (NiFe LDHs), com notável atividade catalítica, alta estabilidade, caracteres abundantes em terra e benignos com o meio ambiente, são considerados os catalisadores de metais não preciosos mais promissores.

p "Portanto, o controle fino da hibridização NiFe LDH em um substrato de grafeno específico para obter uma área de superfície ativa eletroquímica aumentada (ECSA), sites ativos totalmente expostos, e uma junção interfacial ideal é o tópico recente mais promissor para a catálise de evolução de oxigênio superior e aplicação prática, "Prof. Qiang Zhang diz.

p Nesse trabalho, a arquitetura dos compósitos de grafeno / NiFe LDH é inspirada na estrutura hierárquica da romã. Usando uma estrutura de grafeno mesoporoso dopado com nitrogênio como substrato para o crescimento in situ e decoração de LDHs NiFe, os LDHs resultantes exibem um nano-tamanho uniforme e dispersão, e um forte par interfacial com o substrato condutor.

p "A questão mais importante para a fabricação de material é a estratégia de crescimento assistido por topologia e espacialmente confinado devido ao grafeno." diz Cheng Tang, o primeiro autor deste trabalho. "O dopante de nitrogênio e os defeitos induzidos pela topologia do grafeno contribuem para a adsorção e ancoragem de cátions metálicos e, em seguida, os mesoporos no plano do grafeno servem como nano-reatores para nucleação espacialmente confinada e crescimento de LDHs NiFe, renderizando assim uma forte afinidade e dispersão uniforme do NiFe LDH nanométrico conforme crescido na estrutura de grafeno mesoporoso. "

p "Essa estrutura hierárquica otimiza a hibridização entre NiFe LDHs e grafeno, "O Prof. Zhang observa." Isso resulta em canais mesoporosos, autoestrada de elétrons interconectada, acoplamento interfacial íntimo, agregação de partículas reprimidas, e sites ativos totalmente expostos. "

p Outras medições de catálise revelam que este material supera os catalisadores de Ir / C comerciais e compete favoravelmente contra as melhores alternativas relatadas para catálise OER de alto desempenho com um declive Tafel notavelmente baixo (~ 45 mV dec ^-1 ), um superpotencial substancialmente diminuído (~ 337 mV necessário para 10 mA cm ^-2 ), e maior durabilidade em KOH 0,10 M.

p O Prof. Zhang e sua equipe relatam que o excelente desempenho é contribuído pelo efeito sinérgico de dois componentes ideais e também pelas características únicas da estrutura deste novo híbrido. Daqui para frente, eles planejam investigar e otimizar a composição e estrutura deste tipo de híbrido, e verificar as relações estrutura-propriedade e mecanismo catalítico subjacente.

p "Eu acredito que este complexo fortemente acoplado tem várias aplicações, como catálise heterogênea, sensores, conversão e armazenamento de energia, e então o, . "diz o Prof. Zhang." E o mais importante, a estratégia de design e fabricação assistida por topologia abre novos caminhos e lança luz sobre um novo ramo de materiais nanoarquitetura avançados e híbridos. "