不對(duì)稱(chēng)，但更優(yōu)秀！Energy Environ. Sci.發(fā)表武漢理工大學(xué)最新電化學(xué)科研進(jìn)展！
原創(chuàng) eChemStore eChemStore 2024-02-09 09:30 中國(guó)香港
01 論文擬解決的關(guān)鍵挑戰(zhàn)：
隨著可再生能源需求的迅速擴(kuò)大，利用酸性水裂解大規(guī)模生產(chǎn)綠色氫迫在眉睫。然而，由于該過(guò)程中水氧化動(dòng)力學(xué)緩慢，加之其對(duì)高成本的Ir基催化劑的強(qiáng)烈依賴(lài)，該技術(shù)仍受到嚴(yán)重限制。開(kāi)發(fā)無(wú)Ir基析氧反應(yīng)(OER)催化劑是電解生產(chǎn)氫的關(guān)鍵。
02 圖文簡(jiǎn)介：
針對(duì)上述挑戰(zhàn)，武漢理工大學(xué)的木士春教授團(tuán)隊(duì)在Energy & Environmental Science（10.1039/D3EE03396A）發(fā)表論文，該團(tuán)隊(duì)提出了一種Se, S異質(zhì)離子調(diào)制策略，通過(guò)誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)來(lái)提高陽(yáng)離子Ru位點(diǎn)的OER活性和穩(wěn)定性。由于Se和S在原子半徑、金屬豐度和電離能上的差異，它不僅改變了原始RuS2的八面體排列和鍵長(zhǎng)，而且還起到電荷調(diào)整劑的作用，促進(jìn)電子向Ru積聚。這顯著降低了速率決定步驟的熱力學(xué)勢(shì)壘和催化劑的快速酸水氧化動(dòng)力學(xué)。
優(yōu)化后的Ru2(S3Se)的電子結(jié)構(gòu)和配位環(huán)境實(shí)現(xiàn)了超高的水氧化活性(186 mV @ 10 mA cm-2)，質(zhì)量和比活性分別是商品RuO2的28.2和10.5倍。此外，Se和S的協(xié)同作用有效抑制了可溶性Ru物質(zhì)的形成，從而提高了OER的穩(wěn)定性。
理論計(jì)算和原位檢測(cè)技術(shù)進(jìn)一步揭示了Ru2(S3Se)表面的反應(yīng)路徑和結(jié)構(gòu)變化，通過(guò)降低速率決定步驟(RDS)的能量勢(shì)壘和Se-Ru-S鍵的強(qiáng)耦合來(lái)合理地提高性能。
這項(xiàng)工作不僅加深了對(duì)催化機(jī)理的認(rèn)識(shí)，還為提高無(wú)Ir催化劑的酸性析氧反應(yīng)(OER)能力開(kāi)辟了一條途徑，為全面理解Ru活性位點(diǎn)主導(dǎo)的OER途徑邁出了重要的一步優(yōu)化后的Ru2(S3Se)的電子結(jié)構(gòu)和配位環(huán)境實(shí)現(xiàn)了超高的水氧化活性(186 mV @ 10 mA cm-2)，質(zhì)量和比活性分別是商品RuO2的28.2和10.5倍。此外，Se和S的協(xié)同作用有效抑制了可溶性Ru物質(zhì)的形成，從而提高了OER的穩(wěn)定性。