RuRh Bimetallene Nanoring as High-efficiency pH-Universal Catalyst for Hydrogen Evolution Reaction
納米人 雨辰 2020-12-10
析氫反應(yīng)(HER)的電催化是生產(chǎn)清潔能源應(yīng)用的一項(xiàng)重要而艱巨的任務(wù)。
有鑒于此，武漢理工大學(xué)木士春教授和南京曉莊學(xué)院劉蘇莉等人，通過(guò)混合溶劑策略設(shè)計(jì)并成功合成了具有豐富結(jié)構(gòu)缺陷的RuRh2雙金屬烯納米合金環(huán)，表現(xiàn)出優(yōu)異的HER催化活性。
本文要點(diǎn)
1）通過(guò)將原子構(gòu)型引入具有豐富缺陷的RuRh2雙金屬烯納米環(huán)中，開發(fā)了一種高效的析氫催化劑。通過(guò)精確構(gòu)建H+/水吸附強(qiáng)、水離解能壘低、H*結(jié)合能接近零的有缺陷的催化界面，來(lái)調(diào)控催化劑在較寬pH范圍內(nèi)的HER活性。
2）首先通過(guò)密度泛函理論（DFT）計(jì)算探索RuRh2雙金屬烯的ΔGH和ΔGB值。如所預(yù)期的，就零起始電勢(shì)和低Tafel斜率而言，RuRh2雙金屬烯在不同的電解質(zhì)中表現(xiàn)出出色的活性，其中基準(zhǔn)電流密度為10 mA cm-2時(shí)的η值小于商用Pt催化劑和其他報(bào)道的HER催化劑的η值。
3）設(shè)計(jì)和構(gòu)建的RuRh2雙金屬烯納米催化劑具有超低起始電位、高催化活性和在全pH范圍內(nèi)的良好穩(wěn)定性。而且，即使在酸性介質(zhì)中進(jìn)行30000次循環(huán)后，仍能保持穩(wěn)定的析氫，優(yōu)于Pt催化劑和其他已報(bào)道的HER催化劑。合金效應(yīng)，由RuRh2引起的應(yīng)變效應(yīng)以及由于薄片的厚度而引起的量子尺寸效應(yīng)可以調(diào)整體系的電子結(jié)構(gòu)，從而優(yōu)化氫的吸附/解吸行為。
總之，缺陷界面工程可以極大地提高催化性能，為獲得高效催化劑提供了很大的潛力。
參考文獻(xiàn)：
Xueqin Mu et al. RuRh Bimetallene Nanoring as High‐efficiency pH‐Universal Catalyst for Hydrogen Evolution Reaction. Advanced Science, 2020.
DOI: 10.1002/advs.202002341
https://doi.org/10.1002/advs.202002341