木士春/劉蘇莉Adv. Sci.: 花狀非晶態(tài)Ru SAs-MoO3?x，用于全水/海水高效分解
慕瑾 催化開(kāi)天地 2023-06-11 08:31 發(fā)表于廣東
電化學(xué)水電解，利用淡水或含鹽地表水(如海水介質(zhì))作為原料生產(chǎn)綠色氫氣能夠有效緩解能源和環(huán)境問(wèn)題。然而，析氧反應(yīng)(OER)和析氫反應(yīng)(HER)的緩慢動(dòng)力學(xué)導(dǎo)致極高的電位，因此需要高效催化劑來(lái)降低過(guò)電位。單原子催化劑(SACs)具有高的原子利用率、尺寸特殊、活性中心量子化等優(yōu)點(diǎn)，已成為水分解雙功能催化劑的理想選擇。此外，由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能，一些非晶材料在電催化分解水方面具有比晶體材料更好的性能。
基于此，武漢理工大學(xué)木士春和南京曉莊學(xué)院劉蘇莉等設(shè)計(jì)并制備了一種非晶態(tài)氧化鉬負(fù)載的單原子Ru催化劑(Ru SAs-MoO3?x/NF)。其中，Ru SAs-MoO3?x/NF表現(xiàn)出三維花狀結(jié)構(gòu)、無(wú)定形特征和Ru單原子均勻分布等特征，這賦予了材料較大的表面積和較多的催化活性中心，從而促進(jìn)了電化學(xué)水分解的傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)。
電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果顯示，所制備Ru SAs-MoO3?x/NF電極具有較大的表面積、較高的效能和較快的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，能夠有效地驅(qū)動(dòng)堿性介質(zhì)中的析氧反應(yīng)(209 mV@10 mA cm?2)和析氫反應(yīng)(36 mV@10 mA cm?2)；并且利用Ru SAs-MoO3?x/NF組裝的電解槽只需要1.487 V 的超低電池電壓就可以提供10 mA cm?2的電流密度。
此外，該電極在堿性海水電解中也具有很大的應(yīng)用潛力，在1.759 V的低電池電壓下電流密度可達(dá)100 mA cm?2，并且其在堿性海水介質(zhì)中還具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。總之，這項(xiàng)工作為合理設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)具有優(yōu)異性能的淡水和海水分解催化劑提供了新的思路。Flower-Like Amorphous MoO3?x Stabilized Ru Single Atoms for Efficient Overall Water/Seawater Splitting. Advanced Science, 2023. DOI: 10.1002/advs.202300342