發(fā)布：2024-05-27 14:46 來源：新材料研究所
新聞網(wǎng)訊 近日，木士春教授團(tuán)隊在高性能酸性水氧化催化劑研究方面取得重要進(jìn)展，研究成果以“Bicontinuous RuO2 nanoreactors for acidic water oxidation”為題，發(fā)表在Nature Communications上。我校材料復(fù)合新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗室為第一通訊單位，博士研究生陳釘?shù)葹榈谝蛔髡?，木士春教授為唯一通訊作者?/span>
目前，綠色制氫最大的挑戰(zhàn)之一是需要開發(fā)適用于質(zhì)子交換膜水電解槽（PEMWE）的高性能陽極水氧化反應(yīng)（析氧反應(yīng)）催化劑。這是因為水氧化反應(yīng)動力學(xué)緩慢，成為制約整個水電解裝置效率的關(guān)鍵因素；此外，除非常昂貴的貴金屬銥（Ir）外，很少有催化劑能夠在惡劣的酸性及持續(xù)氧化條件下保持長期穩(wěn)定性。因此，開發(fā)高穩(wěn)定性和高性價比的非銥基酸性水氧化催化劑一直是PEMWE制氫技術(shù)的核心問題。綜合考慮價格、豐富度和活性，金紅石結(jié)構(gòu)的RuO2基催化劑成為PEMWE陽極催化劑的最佳選擇，但其長期穩(wěn)定性仍不理想。
為此，木士春教授課題組設(shè)計了一種由多尺度缺陷RuO2納米晶體及孔隙構(gòu)成的雙連續(xù)RuO2納米反應(yīng)器。一方面，該納米反應(yīng)器獨(dú)特的結(jié)構(gòu)為催化過程提供豐富的活性位點(diǎn)和快速的電子傳輸能力；另一方面通過多尺度缺陷賦予的大量低配位Ru原子削弱Ru-O相互作用，還可有效抑制晶格氧的氧化和高價Ru的溶解。實(shí)驗結(jié)果表明，獲得的納米反應(yīng)器可高效、穩(wěn)定地驅(qū)動酸性水氧化反應(yīng)，且在PEMWE和集成再生燃料電池系統(tǒng)中展現(xiàn)出穩(wěn)定和良好的產(chǎn)氫性能。 因此，該工作有效地解決了Ru基催化劑活性和穩(wěn)定性難以同步提高的科學(xué)難題。
這也是木士春教授研究團(tuán)隊自2024年以來相繼在Angewandte Chemie International Edition（https://doi.org/10.1002/anie.202407577，第一作者：陳釘，博士研究生）、Energy & Environmental Science（2024, 17, 1885，第一作者：陳釘，博士研究生）、Nano Letters（2024, 24, 1015，第一作者：穆雪琴，博士研究生）等國際頂級期刊上發(fā)表多個Ru/Ir基催化劑研究成果之后取得的又一重要研究成果。
RuO2納米反應(yīng)器的透射電鏡三維重構(gòu)圖
RuO2納米反應(yīng)器(MD-RuO2-BN)的水氧化及電解水性能
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-48372-4
文：木士春；編輯：曹明；審核：羅小寒