工业副产物中丰富而有毒的H₂S的电催化分解是一种有前途的能源转化技术，可用于生产H₂并同时去除这种环境污染物。然而，由于缺乏低成本、有效和坚固的电催化剂，阻碍了这种技术的发展。本文中，我们报道了一种引人注目的石墨烯包裹的金属催化剂，即氮掺杂石墨烯包裹非贵重的CoNi纳米合金作为阳极，用于从H₂S中通过电催化高效生产H₂。这种优化的催化剂能够以0.25 V的起始电势驱动阳极反应，该起始电势比水氧化反应所需的起始电势低1.24 V，并且输送的电流密度几乎是Pt/C的两倍。同时，它表现出约98％的H₂法拉第效率，并保持了500小时以上的长期耐久性，而没有任何衰减。密度泛函理论计算表明，CoNi和氮掺杂剂协同促进了石墨烯表面上多硫化物的形成。此外，具有1200 h的稳定性，可通过这种石墨烯包裹的金属催化剂从工业合成气中除去H₂S杂质以产生氢气，证明了其在可持续能源应用中生产氢气的巨大潜力。
 
Figure 1. CoNi@NGs的形态和结构表征。（a和b）CoNi(OH)_x–SiO₂和CoNi@NGs-SiO₂的TEM图像。（c–e）CoNi@NGs的HRTEM图像。（d）红色标记表示石墨烯层的厚度为3.4 Å；插图：CoNi@NGs的模型结构。（e）图（d）的放大图，CoNi合金的（111）晶面。（f）CoNi@NGs中Co和Ni元素的EDX图。

 
Figure 2. （a）比较CoNi@NGs的SOR和OER极化曲线。（b）带有1.2 V商业电池设备的照片，该设备直接驱动H₂S的分解。（c）SOR极化曲线。（d）在SOR中，电势分别为0.3 V、0.4 V和0.5 V时的电流密度。（e）催化剂的奈奎斯特图。（f和g）CoNi@NGs的耐久性测量。
 

Figure 3. （a）恒电流试验中，法拉第效率和产氢速率的变化。（b）对应于插图中电解质的250倍稀释电解质样品的UV-Vis光谱；插图：50倍稀释的电解质样品的UV-Vis光谱。（c）两个小时内，对阳极电解液进行原位电化学UV-Vis测试。（d）产品S的XRD表征；插图：收集的S粉。
 

Figure 4. （a）SOR的吉布斯自由能（DG）曲线。（b）实验中SOR的极化曲线。（c）吸附在CoNi@NG上，S的电荷密度（D_r）值的差异。（d）当S吸附在原始石墨烯、CoNi@Gs和CoNi@NGs的表面上时，S(3p)及其键合的C(2p)的投影态密度（DOS）的比
 

Figure 5. （a）在不同反应气体中，CoNi@NGs氧化活性的LSV曲线。（b）通过用2％H₂S/合成气，流动除去工业合成气中H₂S，CoNi@NGs的耐久性测量。
 
     相关研究成果于2019年由厦门大学Dehui Deng课题组，发表在Energy Environ. Sci.（DOI: 10.1039/c9ee03231b）上。原文：Highly efficient H₂ production from H₂S via a robust graphene-encapsulated metal catalyst。