日本筑波大学的研究人员描述了一种基于石墨烯的电极，它可以在酸性条件下产生氢气。水的电解产生氢气对于绿色经济中的能量储存至关重要。然而，主要障碍之一是贵金属电极的高成本。更便宜的非贵金属电极在驱动析氢反应（HER）方面发挥良好作用，但主要在碱性条件下，其中反应是耗电的。更有效的酸相反应需要贵金属如铂。更糟糕的是，酸性电解质具有腐蚀性，会侵蚀核心金属。

研究人员发现，多孔石墨烯提供了解决这个问题的方法。他们使用氮掺杂石墨烯片封装镍 - 钼（NiMo）电极合金。石墨烯被打满了纳米尺寸的孔。研究人员表明，在酸性条件下，他们的HER系统使用常规的无孔石墨烯显着优于电极。在HER电极中使用石墨烯并不新鲜 - 这种柔韧的导电碳板非常适合缠绕核心金属。然而，尽管它保护金属免受腐蚀，但石墨烯也抑制其化学活性。在Tsukuba系统中，孔以两种方式促进反应，而完整的石墨烯部分保护金属。

“我们通过用二氧化硅纳米粒子装饰NiMo表面来创造空洞，”研究合着者，筑波大学的胡凯龙博士解释道。“然后，当我们沉积石墨烯层时，在纳米颗粒位置留下间隙 - 就像浮雕图案。实际上，这些孔不仅仅是间隙 - 它们被称为“条纹”的化学活跃脊环绕。从技术上讲，这些条纹是结构缺陷，但它们驱动电极的化学性质。“

该团队解释说，与普通石墨烯相比，条纹更具亲水性。这吸引了酸溶液中的水合氢离子（H3O +），其在两种HER机制之一中起关键作用。条纹在吸附单个氢原子方面也非常出色，这为其他重要的HER过程提供了额外的表面积。结果，H 2与传统电极一样有效地生产。同时，石墨烯的无孔部分延迟了金属催化剂在酸中的溶解。“这是一种用于析氢电极的多功能新概念，”该研究的主要作者，筑波大学的副教授Yoshikazu Ito说。“目标是尽量减少反应所需的过电位。因此，它不仅限于一种特定的催化剂“。“我们通过优化孔的大小和数量，专门针对NiMo调整了我们的多孔石墨烯层。令人印象深刻的是，尽管存在漏洞，催化剂仍然在酸中稳定。未来，多孔石墨烯可以根据各种金属进行定制，从而将氢气生产的效率推向全面采用。“