中國(guó)粉體網(wǎng)訊 近日，實(shí)驗(yàn)室木士春教授團(tuán)隊(duì)在酸性全電解水領(lǐng)域又獲重要進(jìn)展,，研究成果以“Regulative Electronic StatesaroundRutheniumRuthenium Disulphide Heterointerfaces for Efficient Water Splitting in Acidic Media”為題,，近期發(fā)表在國(guó)際化學(xué)頂級(jí)期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie InternationalEdition)上。

氫能具有能量密度高,、綠色且可持續(xù)等優(yōu)點(diǎn),，是一種重要的二次能源。電解水制氫由于具有氫純度高,、工藝簡(jiǎn)單,、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，受到了極大關(guān)注,。特別是酸性質(zhì)子交換膜(PEM)電解水制氫,，與傳統(tǒng)堿性電解水制氫相比,，產(chǎn)氫效率大大提高。但其陰,、陽(yáng)兩極均需要高效,、穩(wěn)定的催化劑來(lái)加速遲緩的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。目前,，鉑(Pt)族催化劑仍然是酸性質(zhì)子交換膜電解水系統(tǒng)的最佳選擇,。其中，釕(Ru)基納米催化材料由于價(jià)格相對(duì)較低,，具有較高的耐酸度,，而且對(duì)反應(yīng)中間體具有適宜的吸附強(qiáng)度，受到青睞,。但Ru基催化劑在酸性介質(zhì)中的產(chǎn)氫性能不高,，限制了其在酸性電解槽中的應(yīng)用。研究表明,，界面調(diào)控可實(shí)現(xiàn)雙活性物種間的協(xié)同催化,，并能有效調(diào)制強(qiáng)耦合界面的電子結(jié)構(gòu)和提升異質(zhì)介面結(jié)構(gòu)材料的本征活性。然而,，目前對(duì)Ru基異質(zhì)介面結(jié)構(gòu)的研究卻鮮有報(bào)道,。

對(duì)此，木士春教授團(tuán)隊(duì)對(duì)Ru基異質(zhì)介面的電子結(jié)構(gòu),、活性起源及酸性析氫,、析氧及全水解電催化性能進(jìn)行了深入探究。首先,，通過(guò)密度泛函理論(DFT)理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)釕/二硫化釕(Ru/RuS2)異質(zhì)介面具有較高的電子態(tài),，且其界面上存在明顯的電荷轉(zhuǎn)移趨勢(shì)，使得表面Ru原子對(duì)催化中間體的吸附能得到優(yōu)化,，從而降低了反應(yīng)能壘,，提高了本征活性。繼而,，利用熔鹽體系下硫化鉀的同步還原與硫化作用,，獲得了新穎的Ru/RuS2異質(zhì)介面結(jié)構(gòu)催化材料。電化學(xué)測(cè)試表明,，在酸性介質(zhì)下,，Ru/RuS2展示出極低的析氧(201 mV @ 10mA cm-2)、析氫過(guò)電位(45 mV @ 10 mA cm-2)及優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性,。將其用于質(zhì)子交換膜電解水系統(tǒng)時(shí),，僅需1.501V電壓值就可達(dá)到10 mA cm-2的電流密度。該項(xiàng)研究成果將為異質(zhì)界面結(jié)構(gòu)的理性設(shè)計(jì)與可控構(gòu)筑提供指導(dǎo),。

本論文通訊作者為木士春教授,，第一作者為其博士研究生朱加偉,。武漢理工大學(xué)納微結(jié)構(gòu)研究中心吳勁松教授團(tuán)隊(duì)協(xié)助完成了催化劑的球差電鏡表征工作。該項(xiàng)研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金及校優(yōu)博基金的資助,。

(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)

注：圖片非商業(yè)用途,，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除！