析氫反應（HER）急需有效的非貴金屬催化劑。N摻雜石墨烯和具有成本效益的金屬的混合有望成為增強HER性能的有前途的方法，但在可控制造方面面臨瓶頸。在此，開發了一種二氧化硅介質輔助方法，用于高效合成單層N摻雜石墨烯封裝鎳納米粒子（Ni@SNG），其中通過抑制氣態碳自由基反應物的擴散，二氧化硅納米片分子篩巧妙地輔助單層石墨烯在Ni上的自限性生長納米粒子。在800 °C合成的Ni@SNG樣品在堿性介質中表現出優異的HER活性，在10 mA cm−2下具有99.8 mV的低過電位，接近最先進的Pt/C催化劑。值得注意的是，Ni@SNG催化劑也被開發為磁場中的無粘合劑電極，其性能比普通的Nafion粘合劑基電極有很大提高。因此，磁性吸附技術將是克服聚合物粘合劑基電極在實際應用中的高電子電阻和較差粘附穩定性的一種非常有前景的方法。
Figure 1. 在SiO2的幫助下，由SG（或單層N摻雜石墨烯）封裝的Ni NPs的大規模制造示意圖
Figure 2. Ni3Si2O5(OH)4和SiO2−Ni@SNG的結構表征。
Figure 3. Ni@SG和Ni@SNG樣品的結構表征。
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 溶液中的電化學表征。
Figure 6. 電極結構和電化學表征。
相關研究成果于2021年由臺灣科技大學Jong-Sung Yu課題組，發表在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。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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