厦大EES：独特结构Mo改性Ru纳米片，实现高性能双功能氢催化

氢(H₂)能源在可再生能源技术的发展和碳中和的实现中发挥着关键作用。在温和条件下生产高纯H₂的水电解槽以及氢燃料电池，是实现氢经济的两个关键装置。

与质子交换膜燃料电池相比，在碱性条件下工作的阴离子交换膜燃料电池由于工作条件温和，对催化剂的需求相对较低而更有吸引力。然而，阳极侧氢氧化反应(HOR)的反应动力学比在酸性介质中低2-3个数量级，这阻碍了碱性燃料电池的实际应用。

因此，开发高活性、持久稳定性以及价格低廉的非铂电催化剂是实现碱性燃料电池实际应用的关键。

近日，厦门大学黄小青、张桥保和韩佳甲等成功地制备了一类独特的Mo改性Ru纳米片(Mo-Ru NSA)，其中Mo同时具有金属Mo原子和MoO₃的独特结构。

性能测试结果显示，Mo-Ru NSA在1.0 M KOH溶液中仅需低至16 mV的过电位足以产生10 mA cm^-2的HER电流密度；Mo-Ru NSAs还可以在10 mA cm^-2下保持长达250小时的持久稳定性。

对于催化HOR，Mo-Ru NSA的质量活性为2.45 A mg_Ru^-1，分别是Ru/C和Pt/C的38.9倍和6.4倍。

密度泛函理论(DFT)计算表明，在Mo-Ru NSAs上，在MoO₃附近的H*和OH*的吸附强度减弱。更重要的是，MoRu位点可以使水自发解离并促进H⁺和OH^–的生成；随着H*和OH*覆盖范围的增加，H*和OH*倾向于向MoO₃移动，从而进一步优化了H*和OH*的吸附强度。

此外，MoRu位点与MoO₃的强耦合提供了更有利的反应路径，促进了HER和HOR朝着能量有利的方向进行。总的来说，该项工作通过对高性能Mo改性Ru纳米片催化剂的研究，将有助于制备更先进的双功能氢催化催化剂并用于其他催化应用。

Surface and Lattice Engineered Ruthenium Superstructures towards High-Performance Bifunctional Hydrogen Catalysis. Energy & Environmental Science, 2022. DOI: 10.1039/D2EE02076A

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