由美國國家石墨烯研究所（NGI）的Andre Geim教授領導的一個研究小組發現，石墨烯中的納米波紋可以使其成為一種強大的催化劑，這與一般的預期相反，即這種碳片與從其獲得的散裝石墨一樣具有化學惰性。

科學家們發現，石墨烯中的納米波紋使它成為一種強大的催化劑，儘管它被認為是化學惰性的。他們發表在PNAS上的研究表明，石墨烯表面的納米級波紋可以加速氫氣的分裂，就像最好的金屬基催化劑一樣，而且這種效應可能存在於所有二維材料中。

本週發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上的研究表明，表面有納米級波紋的石墨烯可以加速氫氣的分裂，就像最好的金屬基催化劑一樣。這種意想不到的效果可能存在於所有二維材料中，這些材料本身都是不平坦的。

曼徹斯特團隊與來自中國和美國的研究人員合作進行了一系列的實驗，以證明石墨烯的非平坦性使其成為一種強大的催化劑。首先，利用超靈敏的氣流測量和拉曼光譜，他們證明了石墨烯的納米級波紋與它與分子氫（H2）的化學反應性有關，並且它解離成原子氫（H）的活化能相對較小。

頂部有離解氫原子的波紋石墨烯。資料來源：曼徹斯特大學

研究小組評估了這種反應性是否足以使該材料成為高效的催化劑。為此，研究人員使用了氫氣和氘氣（D2）的混合氣體，發現石墨烯確實表現為一種強大的催化劑，將氫氣和D2轉化為HD。這與石墨和其他碳基材料在相同條件下的行為形成了鮮明的對比。氣體分析顯示，單層石墨烯產生的HD量與已知的氫氣催化劑（如氧化鋯、氧化鎂和銅）大致相同，但石墨烯只需要極少量，不到後者催化劑的100倍。

“我們的論文表明，獨立的石墨烯與化學性質極其惰性的石墨和原子平坦的石墨烯都有很大不同。”論文第一作者孫鵬展博士說：”我們還證明了與石墨烯表面的空位、邊緣和其他缺陷等’通常嫌疑人’相比，納米級的波紋對催化作用更為重要。”

論文的第一作者Geim教授補充說：”由於熱波動和不可避免的局部機械應變，所有原子級薄的晶體都會自然發生納米波紋，其他二維材料也可能顯示出類似的增強反應性。至於石墨烯，我們當然可以期待它在其他反應中具有催化和化學活性，而不僅僅是涉及氫氣的反應。”

“二維材料最常被認為是原子級的平板，由不可避免的納米級波紋造成的影響至今被忽視。我們的工作表明，這些影響可能是戲劇性的，這對二維材料的使用有重要影響。例如，塊狀硫化鉬和其他茂金屬經常被用作三維催化劑。現在我們應該想一想，它們在二維形式下是否會更加活躍”。