第一作者：李文強(qiáng)、Heng Zhang
通訊作者：馮勛教授、木士春教授
通訊單位：洛陽(yáng)師范學(xué)院、武漢理工大學(xué)
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近年來(lái)，氫氣因其優(yōu)異的熱值和環(huán)境友好性，而被公認(rèn)為是一種極具前景的能源載體。目前，在各種制氫方法中，由析氫反應(yīng)(HER)和析氧反應(yīng)(OER)組成的電化學(xué)水裂解是一種有效的綠色制氫方法。
圖1. D-RuO2/TiO2納米異質(zhì)結(jié)的原子和電子結(jié)構(gòu)，及其對(duì)應(yīng)的HER自由能曲線。
文章要點(diǎn)1：在本文中，作者通過(guò)密度泛函理論(DFT)計(jì)算結(jié)果預(yù)測(cè)，富缺陷的RuO2和TiO2納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以有效地調(diào)節(jié)RuO2的電子結(jié)構(gòu)，并加速電催化水裂解過(guò)程，從而增強(qiáng)催化劑的本征活性。因此，作者開(kāi)發(fā)出一種簡(jiǎn)便的策略成功在Ti網(wǎng)(TM)上原位制備出TiO2，同時(shí)與有缺陷的RuO2 (D-RuO2)納米顆粒結(jié)合。
文章要點(diǎn)2：得益于豐富的活性中心，所形成的D-RuO2/TiO2/TM納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)在堿性介質(zhì)中具有優(yōu)異的電催化水裂解性能，在50 mA/cm2電流密度下的HER過(guò)電位僅為71 mV，在10 mA/cm2電流密度下的OER過(guò)電位僅為296 mV。
文章要點(diǎn)3：對(duì)于整體水裂解催化而言，采用D-RuO2/TiO2/TM電極組裝的電解槽在電壓僅為1.59 V的情況下，即可達(dá)到10 mA/cm2的電流密度。此外，在固定的電流密度下，該電解槽可實(shí)現(xiàn)出色的穩(wěn)定性。
圖2. D-RuO2/TiO2/TM納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備流程示意圖。
圖3. D-RuO2/TiO2/TM納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的微觀形貌表征。
圖4. D-RuO2/TiO2/TM納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的XPS和ESR表征。
圖5. 電催化劑在1 M KOH介質(zhì)中的HER性能。
圖6. 電催化劑在1 M KOH介質(zhì)中的OER性能。
圖7. 在1 M KOH介質(zhì)中的水電解槽性能。
參考文獻(xiàn)
Wenqiang Li, Heng Zhang, Manzhou Hong, Lilei Zhang, Xun Feng, Mengfei Shi, Wenxuan Hu, Shichun Mu. Defective RuO2/TiO2 nano-heterostructure advances hydrogen production by Electrochemical Water Splitting. Chem. Eng. J. 2021. DOI: 10.1016/j.cej.2021.134072.