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【研究背景】
水分解是一個(gè)熱力學(xué)上坡的過程，陰極的析氫反應(yīng)（HER）和陽極的析氧反應(yīng)（OER）都需要高過電位，因此電解水反應(yīng)中通常需要較高催化活性的雙功能催化劑。釕基催化劑具有與鉑相當(dāng)?shù)慕饘贇滏I強(qiáng)度且價(jià)格低得多，被認(rèn)為是最有前途的鉑替代品之一。先前的研究表明，Ru基催化劑的催化活性取決于其電子結(jié)構(gòu)并且目前人們已開發(fā)出多種手段改善其電子結(jié)構(gòu)，但目前在工業(yè)級電流密度下的電化學(xué)水分解催化活性仍遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期，這也被認(rèn)為是釕基催化劑廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。
【工作介紹】
近日，上海大學(xué)趙玉峰團(tuán)隊(duì)提出了一種新型電催化劑，其極少量（0.85 wt%）的 Ru 納米團(tuán)簇通過牢固的 Cr-O-Ru 鍵錨定在 Cr 摻雜的鐵金屬有機(jī)框架（Ru@Cr-FeMOF）上。并且發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)有利于快速電子轉(zhuǎn)移并操縱Ru位點(diǎn)的最高占據(jù)d軌道和d帶中心，有利于析氧反應(yīng)（OER）和析氫反應(yīng)（HER）催化。所制備的催化劑在堿性溶液中表現(xiàn)出優(yōu)異的反應(yīng)活性，HER反應(yīng)活性為21 mV@10 mA?cm-2，OER反應(yīng)活性為230 mV@50 mA cm-2，并組裝為全解水裝置可在工業(yè)級電流密下獲得了1.72 V@1000 mA cm-2的全解水性能。該文章發(fā)表于Advanced Functional Materials上，文章第一作者為上海大學(xué)碩士研究生趙晨妃，通訊作者為上海大學(xué)趙玉峰教授和魯雄剛教授。
【內(nèi)容表述】
1. Ru@Cr-FeMOF的合成及結(jié)構(gòu)表征
本文利用兩步水熱法制備了極低Ru含量(0.85 wt%)的新型雙功能HER/OER催化劑結(jié)合TEM、XPS、XANES和EXAFS等相關(guān)表征結(jié)果得出結(jié)論，Cr摻雜可以通過Ru-O-Cr鍵增強(qiáng)金屬與載體之間的相互作用，從而導(dǎo)致Ru納米團(tuán)簇的均勻分散，同時(shí)所形成的Ru-O-Cr鍵可以有效地調(diào)節(jié)局部Fe和Ru位點(diǎn)的電子結(jié)構(gòu)。證明Cr摻雜FeMOF有利于Ru納米團(tuán)簇的限域生長和均勻分布(1.2~2.2nm）。
