寧波材料所電催化製氫領域新進展

據中國科學院報道：suizherenmenduishenghuopinzhiyaoqiudedafutigaoyijiguojiacengmiannengyuanzhengcedetiaozheng，kezaishengnengyuanjianghuizaikejiandeweilaibanyanjiqizhongyaodejiaose。raner，kezaishengnengyuancunzaijianxiexingwenti，lirutaiyangnengshoudaozhouyebianhua、yinyutianqidexianzhi，fengnengshoudaoqihouyijifengsubuwendeyingxiang
，yinci，xuyaodalitansuokezaishengnengyuanfuyudianlizhuanhuajishu。qizhong
，diancuihuazhiqingqijishushimuqianzuiyoudefanganzhiyi。genjudianjiezhidebutong，kefenweijianxingdiancuihuazhiqinghesuanxingdiancuihuazhiqing。duiyujianxingdiancuihuazhiqing，nandianshiyinjishangdexiqing，erduiyusuanxingdiancuihuazhiqing，nandianshiyangjishangdexiyang。

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，zhongguokexueyuanningbocailiaojishuyugongchengyanjiusuosuoshuxinnengyuansuoyanjiuyuanchenliangtuanduizhenduiyishangsuoshudelianggediancuihuazhiqingnanti，tongguoshiyanyulilundeyouxiaojiehekaizhanyanjiu。qizhong，boshiyanjiushenggeruixiangtongguojiandandejinzitufuhediwenlinhuadefangfa，xuanzexingdizhibeidedaoletanbufuzaidelinhualiaonamikelibomo（RuP/CC）。在堿性溶液中

，這種新型析氫催化劑電極輸出10mAcm-2電流密度時僅需要13mV的過電勢，是目前析氫活性最好的催化劑之一。理論計算證明RuP的優秀活性來源於其獨特的電子結構：與RuP2相比，RuP的Ru位點上電子密度更高
，增強了RuP對溶液中質子的吸附強度
，因此具有更好的析氫活性 (Nanoscale, 2018, 10, 13930)。蘇建偉以Ru陽離子交換後的金屬有機框架衍生物作為前驅體，在空氣中焙燒製備了由超小納米晶粒組裝而成的Cu摻雜的RuO2空心八麵體材料。在10mAcm-2電流密度下
，其過電位僅為188mV，表現出比商用RuO2電催化劑更優異的電催化析氧活性和穩定性。密度泛函理論模擬計算發現，高能麵上的三配位Ru原子在反應過程逐步被氧化從而大幅度降低OER的反應能壘
，同時Cu摻雜可以調整RuO2的電子結構，從而大幅度提高其OER催化活性(Advanced Materials, 2018, 30, 1801351)。

最近，林貽超基於Cr基金屬有機框架材料

，通過吸附RuCl3前驅體、退火等手段成功製備出新型CrO2-RuO2固溶體材料。通過PXRD晶修、Vegard’law 驗證等技術確定了CrO2-RuO2固溶體的結構，並通過原子分辨球差電鏡直接觀察到Cr

、Ru原子均勻分布於同一個納米單晶中。該材料在10mA cm-2電流密度下，其過電位僅為178mV，並且經過10000次循環後，過電位僅升高了11mV，遠優於商業RuO2。通過同步輻射近邊吸收測試發現Ru原子在晶體結構中由於4價Cr的強吸電子作用，價態略高於+4價

，並且Ru-O的鍵長變短。田子奇通過密度泛函模擬計算發現，正是由於晶格中+4價Cr的吸電子作用導致Ru的催化活性變高
，降低了反應能壘。此外，值得注意的是
，該固溶體材料中貴金屬Ru的含量僅占40%，可顯著降低催化劑的成本。該工作近日以Chromium-ruthenium oxide solid solution electrocatalyst for highly efficient oxygen evolution reaction in acidic media 為題發表在《自然-通訊》（Nature Communications

，DOI: 10.1038/s41467-018-08144-3）上。林貽超與田子奇為論文共同第一作者，陳亮為論文通訊作者。

上述工作得到科技部重點研發計劃、自(zi)然(ran)科(ke)學(xue)基(ji)金(jin)委(wei)麵(mian)上(shang)與(yu)青(qing)年(nian)項(xiang)目(mu)以(yi)及(ji)寧(ning)波(bo)市(shi)創(chuang)新(xin)團(tuan)隊(dui)等(deng)的(de)大(da)力(li)支(zhi)持(chi)
，相(xiang)關(guan)同(tong)步(bu)輻(fu)射(she)實(shi)驗(yan)也(ye)得(de)到(dao)中(zhong)科(ke)院(yuan)上(shang)海(hai)應(ying)用(yong)物(wu)理(li)研(yan)究(jiu)所(suo)與(yu)上(shang)海(hai)光(guang)源(yuan)的(de)大(da)力(li)支(zhi)持(chi)。