催化計 2024年09月17日 19:24 北京
碳材料不可避免的存在缺陷位點(diǎn)，但是人們對于缺陷的本征電催化活性機(jī)理并不清楚。有鑒于此，武漢理工大學(xué)木士春教授、朱加偉等報道構(gòu)筑富含五元環(huán)狀的碳材料PRC（pentagonal ring-rich carbon）HER電催化性能，發(fā)現(xiàn)五元環(huán)比常見的六元環(huán)具有改善的電子結(jié)構(gòu)和更加優(yōu)異的HER電催化活性。
本文要點(diǎn)要點(diǎn)1. 通過Ru團(tuán)簇與PRC耦合，通過C和Ru原子之間的p-d軌道耦合，Ru團(tuán)簇向五元環(huán)能夠產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移，因此能夠改善催化活性。
要點(diǎn)2. 缺電子Ru團(tuán)簇導(dǎo)致d能帶發(fā)生明顯的負(fù)方向移動，降低氫中間體的結(jié)合能，改善不同pH環(huán)境的HER電催化活性。在電流密度為10 mA cm-2，PRC顯著的將HER的過電勢從540 mV降低至380 mV。Ru@PRC催化劑在電流密度為10 mA cm-2和1000 mA cm-2分別實(shí)現(xiàn)了28 mV和275 mV過電勢。當(dāng)過電勢為50 mV，Ru@PRC催化劑的質(zhì)量活性和價格活性分別比Pt/C的性能7.83倍和15.7倍。研究結(jié)果說明五元環(huán)結(jié)構(gòu)缺陷位點(diǎn)的優(yōu)異HER電催化活性和應(yīng)用前景。
Lei Gong, Fanjie Xia, Jiawei Zhu, Xueqin Mu, Ding Chen, Hongyu Zhao, Lei Chen, Shichun Mu, Hydrogen Evolution Reactivity of Pentagonal Carbon Rings and p-d Orbital Hybridization Effect with Ru, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202411125https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202411125