赵长生/李爽/王毅AM：MOC-Ru助力膜电解制氢气

在铂（Pt）族金属中，钌（Ru）具有较低的水解离能，是替代Pt催化析氢反应（HER）的有希望替代品。然而，优化H*和OH*中间体在Ru催化位点上的吸附/解吸能还具有挑战性。

基于此，四川大学赵长生教授和李爽教授、南京航空航天大学王毅教授等人报道了具有去质子化和低亲氧微环境的Mn-氧化合物配位Ru位点（MOC-Ru），用于调节H*和OH*的吸附/解吸，促进HER动力学。MOC-Ru催化剂在酸性和碱性条件下分别仅需21和19 mV即可达到10 mA cm^-2的电流密度，超过了已报道的Ru基催化剂。此外，膜电解槽优异的活性和稳定性表明，MOC-Ru催化剂作为H₂阴极具有很大的潜力。

通过密度泛函理论（DFT）计算，作者比较了MOC-Ru和C-Ru上Ru簇的HER活性和途径。Barder电荷分析表明，在MOC-Ru中大约有0.02 |e|电子从MOC转移到Ru原子层，而C-Ru中大约有0.06 |e|电子从Ru原子层转移到C载体上。

MOC-Ru中的催化位点可分为三种类型：side-Ru、top-Ru和MOC。其中，MOC位点的H₂O*吸附能（-0.71 eV）高于side-Ru（-0.56 eV）和top-Ru（-0.64 eV）。MOC-Ru在整个电位内的电流密度高于C-Ru，可能是由于MOC-Ru的亲氧性较低，减轻了OH*对Ru位点的毒害。

此外，MOC-Ru的平均ΔG_OH*（-0.39 eV）低于C-Ru（-0.64 eV），表明Ru-OH*亲和力减弱，有利于OH*解吸。对于H*的吸附/解吸，其中side-Ru位点的平均ΔG_H*（-0.31 eV）低于MOC（1.35 eV）、top-Ru（-0.48 eV）和C-Ru（-0.53 eV）)，表明side-Ru上H₂的快速生成过程。

基于ΔG_H*的分析，揭示了从Ru团簇到接触界面（从H¹*到H⁴*位点）的长距离H*溢出，可归因于MOC-Ru的去质子化催化微环境。

Mn-Oxygen Compounds Coordinated Ruthenium Sites with Deprotonated and Low Oxophilic Microenvironments for Membrane Electrolyzer-based H₂-Production. Adv. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adma.202303331.

原创文章，作者：Gloria，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/04/23813ddd83/

赵长生/李爽/王毅AM：MOC-Ru助力膜电解制氢气

相关推荐