析氢反应（HER）急需有效的非贵金属催化剂。N掺杂石墨烯和具有成本效益的金属的混合有望成为增强HER性能的有前途的方法，但在可控制造方面面临瓶颈。在此，开发了一种二氧化硅介质辅助方法，用于高效合成单层N掺杂石墨烯封装镍纳米粒子（Ni@SNG），其中通过抑制气态碳自由基反应物的扩散，二氧化硅纳米片分子筛巧妙地辅助单层石墨烯在Ni上的自限性生长纳米粒子。在800 °C合成的Ni@SNG样品在碱性介质中表现出优异的HER活性，在10 mA cm−2下具有99.8 mV的低过电位，接近最先进的Pt/C催化剂。值得注意的是，Ni@SNG催化剂也被开发为磁场中的无粘合剂电极，其性能比普通的Nafion粘合剂基电极有很大提高。因此，磁性吸附技术将是克服聚合物粘合剂基电极在实际应用中的高电子电阻和较差粘附稳定性的一种非常有前景的方法。
 
  
Figure 1. 在SiO2的帮助下，由SG（或单层N掺杂石墨烯）封装的Ni NPs的大规模制造示意图
 
 
Figure 2. Ni3Si2O5(OH)4和SiO2−Ni@SNG的结构表征。
 
  Figure 3. Ni@SG和Ni@SNG样品的结构表征。
 
 
Figure 4. Ni@SG 和 Ni@SNG 的成分表征。
 
 
Figure 5. Ni@SG、Ni@SNG和20 wt% Pt/C在GCE上1.0 M KOH 溶液中的电化学表征。
 
 
Figure 6. 电极结构和电化学表征。
 
        相关研究成果于2021年由台湾科技大学Jong-Sung Yu课题组，发表在ACS Appl. Mater. Interfaces（https://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c17557）上。原文：Self-Limiting Growth of Single-Layer N‑Doped Graphene Encapsulating Nickel Nanoparticles for Efficient Hydrogen Production。

转自《石墨烯杂志》公众号