臧双全/王锐AFM：可调内置电场起大作用，促进Ru纳米团簇基催化剂水/模拟海水电解

电化学水分解是从水资源中获取高纯氢的一种有效和可持续的方法。设计一种稳定高效的析氢和析氧双功能催化剂，对制氢技术的发展和反应设备的简化具有重要意义。目前，具有最佳水电解性能的催化剂主要是贵金属(如Pt和RuO₂)。其中，钌(Ru)具有与Pt相似的电子结构和相对较低的价格，被认为是Pt的替代品。金属Ru的粒径和分散性是影响其催化活性的重要因素，理论上金属催化剂的粒径接近1 nm时，几乎所有的原子都可以与反应物分子接触，金属原子的利用率可以达到最大化，催化活性高。

然而，Ru基催化剂的制备往往需要还原剂或热解过程，从而导致具有高表面能的Ru金属粒子的不可逆团聚。这种效应大大降低了Ru原子的利用率，严重影响了催化活性。为了克服这一挑战，有必要通过精确控制合成过程，以在合适的载体上制备分散的Ru纳米团簇。

近日，郑州大学臧双全和王锐等采用内置电场方法构建了植酸修饰的NiFe LDH表面，该表面能够有效锚定Ru纳米团簇(Ru NCs/P，O-NiFe LDH/NF)。具体而言，Ru NCs/P，O-NiFe LDH/NF催化剂的异质界面具有内置电场(BEF)，在植酸捕获和BEF的共同作用下，Ru纳米团簇与植酸修饰的NiFe LDH/NF形成了强而稳定的界面，可实现双功能pH通用水分解和工业条件下的模拟海水电解。

实验结果和理论计算表明，BEF能够驱动电子在Ru NCs和P，O-NiFe LDH/NF之间重新分配，使得缺电子的P，O-NiFe LDH/NF和富电子的Ru NCs分别能够吸附水分子和优化氢氧中间体的吸附，降低反应的能垒，从而提高水分解活性。

电化学性能测试结果显示，所制备的Ru NCs/P，O-NiFe LDH/NF对HER(在1 M KOH和0.5 M H₂SO₄溶液中，10 mA cm^-2电流密度下的过电位分别为29和20 mV)、OER(在1 M KOH和0.5 M H₂SO₄溶液中，10 mA cm^-2电流密度下的过电位分别为175和186 mV)和模拟海水分解(在65 °C的工业过程温度下达到100 mA cm^-2需要1.692 V)表现出优异的电催化活性，在工业水电解系统中具有良好的潜在应用前景。

总的来说，该项工作为合理设计基于内置电场的高效电催化剂提供了思路，并且所提到的开发双功能高性能催化剂的方法是通用的，可用于各种清洁能量转换和存储领域。

Tunable built-in electric field in Ru nanoclusters-based electrocatalyst boosts water splitting and simulated seawater electrolysis. Advanced Functional Materials, 2023. DOI: 10.1002/adfm.202310690

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