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如果氢气可以以高密度安全储存和运输，氢燃料电池将为车辆提

供有效的解决方案。在这方面，原子氢在单层石墨烯（SLG）上的稳

定化学吸附似乎是一个完美的解决方案，其理论最大存储容量为7.7

wt%。然而，从H生成氢化石墨烯需要极端的温度和压力。或者氢吸

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附原子可以在温和的条件下通过固/液系统中质子的电还原轻松产生。

石墨烯对于该反应是电化学惰性的，但正如我们使用动态电化学和同

位素拉曼光谱所证明的那样，SLG上的H化学吸附可以通过新型Pt电

催化的“溢出-表面扩散化学吸附”机制在温和条件下进行。SLG上氢

吸附原子在室温和大气压下的表观表面扩散系数（~10cms）、

−52−1

容量（~6.6wt%，~85.7%表面覆盖率）和稳定性非常重要，它们非

常适合涉及在石墨烯上存储氢原子的应用。

图1.Pt电催化原子氢在单层石墨烯上的吸附和解吸。(a)

Pt/SLG/PET电极（红色；每20个伏安循环显示一个CV）、Pt/PET

电极（蓝色）和SLG/PET电极（灰色）在0.5MHSO溶液中以100

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mV/s的循环伏安图。SLG薄片的尺寸为2.1mm×1.8mm。(b)

Pt/SLG/PET电极上的电催化溢出-表面扩散-化学吸附机制的示意图。

图2.电沉积氢吸附原子表面扩散行为的定量测量。(a)在不同扫描

速率下进行的活化Pt/SLG/PET复合电极的循环伏安法。(b)Had脱附

电荷与扫描速率平方根的倒数之间的线性关系。(c)活化的

Pt/SLG/PET复合电极的计时电流法。电极电位保持在0.10V为0.1,

6,7,8,9,10,12,14,16,18,20,25,30,40,60,80,100,和120s

（从左到右），然后渐进到0.7V。(d)最短[0.2∼2s]保持时间范围

内的电荷与时间的平方根。(e)单独Pt微线电极（红色）、SLG/PET电

极（灰色）和Pt/SLG/PET系统（蓝色）的开路电位。

(f)Pt/SLG/PET组件在测量开路电位之前在30、60、120和180秒

期间保持在0.10V后的开路电位与时间的关系图。SLG薄片的尺寸为

4mm×4mm。

图3.在石墨烯上形成C-H吸附化学键的光谱证据。原始石墨烯

的非原位拉曼光谱（蓝线），电化学活化石墨烯在1194cm-1处显示

出C−H带（红线），以及超薄HOPG上的氘取代实验，在863cm-1

处显示出C−D带（灰线）。

图4.H的SLG的表观表面扩散系数D随温度变化的阿伦尼乌斯

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图。通过在0.5MHSO溶液中对Pt/SLG/PET组件执行循环伏安法

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确定值。误差棒表示标准偏差。

相关科研成果厦门大学LianhuanHan、ChristianAmatore和