原創(chuàng) 怪咖 催化開天地 2022-06-22
由于高過電勢，水電解制氫受到高能耗的極大限制，迫使人們不得不開發(fā)能夠有效催化水分解反應(yīng)的催化劑。然而，目前大多數(shù)過渡金屬基催化劑只能在堿性環(huán)境中使用，因?yàn)樗鼈兇蠖嘣谒嵝院透哐趸h(huán)境中不穩(wěn)定，而且用途單一。因此，尋找在寬pH范圍內(nèi)具有高析氫和析氧反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的穩(wěn)定雙功能催化劑是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。基于此，武漢理工大學(xué)木士春課題組進(jìn)行了雙功能Ru@MoO(S)3設(shè)計(jì)并構(gòu)建了適用于寬pH范圍的納米膠囊結(jié)構(gòu)電催化劑，其中Ru納米粒子包裹在硫調(diào)制的氧化鉬(MoO(S)3)殼中。
這種多合一的集成使Ru保留了固有的催化活性和快速的傳質(zhì)過程，同時(shí)防止了Ru的電化學(xué)氧化，從而保證了可回收性。特別地，Ru@MoO(S)3在10 mA cm-2的電流密度下驅(qū)動(dòng)0.5 M H2SO4和1 M KOH中的水分解僅需1.522 V和1.526 V電池電壓分別具有接近100%的法拉第效率。
這是首次報(bào)道催化劑在酸性和堿性介質(zhì)中具有幾乎相同的水分解活性，并且顯著超過了商業(yè) Pt/C和RuO2催化劑。電化學(xué)阻抗譜數(shù)據(jù)表明，Ru@MoO(S)3在OER中的Rct最小，在HER中非常接近Pt/C，表明Ru@MoO(S)3具有更快的OER和HER電子轉(zhuǎn)移過程；此外，在24 h恒流水分解試驗(yàn)中，Ru@MoO(S)3的電流密度衰減非常小。因此，該工作進(jìn)一步豐富了通用水電解催化劑的研究體系，為開發(fā)先進(jìn)的酸性質(zhì)子交換膜和堿性陰離子交換電解槽等高效儲能轉(zhuǎn)換裝置提供了指導(dǎo)。
Anion-modulated Molybdenum Oxide Enclosed Ruthenium Nano-capsules with Almost the Same Water Splitting Capability in Acidic and Alkaline Media. Nano Energy, 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107445