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我校木士春教授團隊在Nature子刊上發(fā)表重要研究成果

發(fā)布:2024-05-27 14:46 源:新材料研究

新聞網(wǎng)訊 近日,木士春教授團隊在高性能酸性水氧化催化劑研究方面取得重要進展,研究成果以“Bicontinuous RuO2nanoreactors for acidic water oxidation為題,發(fā)表在Nature Communications上。我校材料復(fù)合新技術(shù)國家重點實驗室為第一通訊單位,博士研究生陳釘?shù)葹榈谝蛔髡撸臼看航淌跒槲ㄒ煌ㄓ嵶髡摺?/span>

目前,綠色制氫最大的挑戰(zhàn)之一是需要開發(fā)適用于質(zhì)子交換膜水電解槽(PEMWE)的高性能陽極水氧化反應(yīng)(析氧反應(yīng))催化劑。這是因為水氧化反應(yīng)動力學(xué)緩慢,成為制約整個水電解裝置效率的關(guān)鍵因素;此外,除非常昂貴的貴金屬銥(Ir)外,很少有催化劑能夠在惡劣的酸性及持續(xù)氧化條件下保持長期穩(wěn)定性。因此,開發(fā)高穩(wěn)定性和高性價比的非銥基酸性水氧化催化劑一直是PEMWE制氫技術(shù)的核心問題。綜合考慮價格、豐富度和活性,金紅石結(jié)構(gòu)的RuO2基催化劑成為PEMWE陽極催化劑的最佳選擇,但其長期穩(wěn)定性仍不理想。

為此,木士春教授課題組設(shè)計了一種由多尺度缺陷RuO2納米晶體及孔隙構(gòu)成的雙連續(xù)RuO2納米反應(yīng)器。一方面,該納米反應(yīng)器獨特的結(jié)構(gòu)為催化過程提供豐富的活性位點和快速的電子傳輸能力;另一方面通過多尺度缺陷賦予的大量低配位Ru原子削弱Ru-O相互作用,還可有效抑制晶格氧的氧化和高價Ru的溶解。實驗結(jié)果表明,獲得的納米反應(yīng)器可高效、穩(wěn)定地驅(qū)動酸性水氧化反應(yīng),且在PEMWE和集成再生燃料電池系統(tǒng)中展現(xiàn)出穩(wěn)定和良好的產(chǎn)氫性能。 因此,該工作有效地解決了Ru基催化劑活性和穩(wěn)定性難以同步提高的科學(xué)難題。

這也是木士春教授研究團隊自2024年以來相繼在Angewandte Chemie International Editionhttps://doi.org/10.1002/anie.202407577,第一作者:陳釘,博士研究生)、Energy & Environmental Science2024, 17, 1885,第一作者:陳釘,博士研究生)、Nano Letters2024, 24, 1015,第一作者:穆雪琴,博士研究生)等國際頂級期刊上發(fā)表多個Ru/Ir基催化劑研究成果之后取得的又一重要研究成果。

RuO2納米反應(yīng)器的透射電鏡三維重構(gòu)圖

RuO2納米反應(yīng)器(MD-RuO2-BN)的水氧化及電解水性能

原文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41467-024-48372-4

文:木士春;編輯:曹明;審核:羅小寒

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