InfoMat團(tuán)隊(duì) InfoMat 2020-9-27
相比于傳統(tǒng)的化石能源制氫模式，電解水制氫被認(rèn)為是最具發(fā)展遠(yuǎn)景的一種制氫技術(shù)，但其陽(yáng)極析氧反應(yīng)(OER)的動(dòng)力學(xué)非常緩慢，而且催化材料通常在酸性條件下不穩(wěn)定。這些科學(xué)問(wèn)題已成為制約酸性電解水制氫技術(shù)廣泛應(yīng)用的瓶頸。目前，常用的析氧催化劑是二氧化銥（IrO2）和二氧化釕（RuO2）。雖然它們均為貴金屬催化劑，但與IrO2相比，RuO2除具有較高的析氧催化活性外，其價(jià)格相對(duì)低廉（Ru價(jià)格只有鉑4%左右），但其穩(wěn)定性亟待提高。
近日，武漢理工大學(xué)木士春課題組借助離子熱方法首次合成出了具有較高穩(wěn)定性的二硼化釕（RuB2）雙功能催化劑。當(dāng)將合成的催化劑應(yīng)用于酸性電解水析氧半反應(yīng)時(shí)，達(dá)到10 mA cm-2的析氧電流密度只需要223 mV 的過(guò)電位。DFT理論計(jì)算研究進(jìn)一步證實(shí)，相較于RuO2, RuB2具有更低的催化活化能，從而擁有更高的OER催化活性。此外，由于RuB2晶體結(jié)構(gòu)中不存在晶格氧，從而有效避免了晶格氧參與氧析出，進(jìn)而提高了其析氧穩(wěn)定性。同時(shí)，RuB2也展現(xiàn)出較高的酸性析氫活性和穩(wěn)定性，達(dá)到10 mA cm-2的析氫電流密度僅需52 mV的過(guò)電位。將其作為雙功能催化劑組裝成電解槽進(jìn)行全解水測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)達(dá)到10 mA cm-2的電流密度僅需1.525 V的超低電壓。該項(xiàng)研究成果可為高性能Ru基酸性O(shè)ER催化劑的設(shè)計(jì)和構(gòu)筑提供指導(dǎo)。
圖1. RuB2的合成示意圖。
該文章第一作者為武漢理工大學(xué)碩士研究生陳釘及西南大學(xué)博士研究生劉婷婷。武漢理工大學(xué)木士春教授和蒲宗華博士為本文共同通訊作者。該項(xiàng)研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金（No.51672204）及國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（No.2016YFA0202603）等項(xiàng)目的支持。相關(guān)工作以 “Ionothermal Route to Phase-Pure RuB2 Catalysts for Efficient Oxygen Evolution and Water Splitting in Acid Media”為題發(fā)表在ACS Energy Letters (影響因子：19.01) 上（DOI: 10.1021/acsenergylett.0c01384）。