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來源：武次理工大學(xué)部門新聞， 材料復(fù)合新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供 更新日期：2020-08-24
近日，我校材料復(fù)合新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室木士春教授課題組聯(lián)合廣東佛山仙湖實(shí)驗(yàn)室在酸性電解水制氫領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，研究成果已在國際能源材料頂級刊物ACS Energy Letters上在線發(fā)表。
電解水制氫被認(rèn)為是最具發(fā)展前景的一種制氫技術(shù)。然而，其催化材料通常在酸性條件下的不穩(wěn)定，而且其陽極析氧反應(yīng)（oxygen evolution reaction, ORR）動力學(xué)速率緩慢，嚴(yán)重制約了酸性電解水制氫技術(shù)發(fā)展。目前常用的析氧催化劑是二氧化銥（IrO2），但其價(jià)格高昂。與之相比，二氧化釕（RuO2）價(jià)格相對低廉，且具有較高的析氧催化活性，但其在較高的工作電壓下會被氧化為四氧化釕（RuO4），而且其晶格氧還會參與氧氣的析出，使催化劑穩(wěn)定性降低。因此，制備高性能的釕基酸性析氧催化劑成為當(dāng)前面臨的一大挑戰(zhàn)。
近年來，木士春教授課題組在電解水制氫催化劑的設(shè)計(jì)、構(gòu)筑及電催化機(jī)理等方面開展了大量研究工作，已在Angew Chem Int Ed、Energy Environ Sci、Adv Energy Mater、Adv Funct Mater、Nano Energy、J Catal等國際權(quán)威期刊上發(fā)表40余篇高質(zhì)量的相關(guān)論文。在此工作基礎(chǔ)上，最近，他們首次借助離子熱方法合成出了具有較高穩(wěn)定性的二硼化釕（RuB2）。當(dāng)將其用于酸性電解水析氧半反應(yīng)時(shí)，該催化材料僅需223 mV 的過電勢即可實(shí)現(xiàn)10 mA cm-2的析氧電流密度。密度泛函理論（DFT）計(jì)算證實(shí)，與RuO2相比, RuB2可具有較低的催化活化能，因此表現(xiàn)出高的析氧活性。此外，RuB2晶體結(jié)構(gòu)中無晶格氧，從而能夠有效地避免晶格氧參與氧氣的析出，從而使RuB2表現(xiàn)出更高的催化析氧穩(wěn)定性。同時(shí)，RuB2還在酸性下表現(xiàn)出不俗的析氫性能。因此, 當(dāng)將其作為雙功能催化劑組裝成電解槽進(jìn)行全解水時(shí)，僅需1.525 V的超低電壓就可以達(dá)到10 mA cm-2的電流密度。這是迄今為止報(bào)道的酸性電解質(zhì)中最低水分解電壓值之一。毫無疑問，RuB2所提供的前所未有的酸性電催化活性將有助于高效電化學(xué)產(chǎn)氫。
論文第一作者為武漢理工大學(xué)碩士研究生陳釘，木士春教授和蒲宗華博士為本文共同通訊作者。該項(xiàng)研究獲得了國家自然科學(xué)基金（No.51672204）及國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（No.2016YFA0202603）等項(xiàng)目的支持。
論文鏈接：Ionothermal Route to Phase-Pure RuB2 Catalysts for Efficient Oxygen Evolution and Water Splitting in Acid Media
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c01384