黃小青教授Nano Energy:化學蝕刻,改善和穩定Ru基催化劑高效酸性OER
2021-02-25 我要做科研電催化水分解是將可再生電力轉化為增值H2燃料的一種潛在策略。作為關鍵的半反應，析氧反應（OER）是整個水分解的瓶頸，因為它需要很大的超電勢。當前活性低和/或穩定性差的缺點驅使人們尋求有效的OER催化劑。
RuO2和IrO2基催化劑因其有希望的催化性能而被廣泛用作OER的穩健催化劑。在這些催化劑中，RuO2因其價格較低但活性較高而被認為是有前景的OER催化劑。然而，由於易溶，RuO2在酸性條件下具有穩定性差的缺點。與基於RuO2的催化劑相比，活性和穩定性之間的平衡非常重要，但仍具有挑戰性。
【本文要點】
1.展示了一種用於製造面向OER的Ru/Fe氧化物的化學刻蝕策略，其中原始Ru/Fe納米組裝體（P-Ru/Fe NAs）中的Fe物種被硝酸（HNO3）刻蝕，從而導致生成蝕刻的Ru/Fe氧化物納米組裝體（E-Ru/Fe ONAs）中的大量空位。
2.由於Fe的蝕刻，與Ru原子相關的晶格O的局部電子密度顯著增加，從而抑制了H2O在晶格O上的吸附。另一方面，E Ru/Fe ONAs中的O空位可以促進H2O在金屬原子（即Ru和Fe）上的吸附。
3.經過優化的E-Ru/Fe ONA表現出優異的OER活性，在0.5 M H2SO4中在10 mA cm-2下具有238 mV的低過電勢，並且在9 h計時電位測試中具有增強的穩定性，且電勢變化可忽略不計。
4.理論計算表明，E-Ru/Fe ONA的缺陷表面不僅可以通過表面結構調節提高穩定性，而且可以優化中間體的結合強度以促進OER活性。
5.這項工作為製備用於OER的活性和穩定的RuO2基催化劑提供了有效的策略，這可能會加深催化劑表面工程的研究。
【圖文介紹】
圖5.DFT理論計算
A chemical etching strategy to improve and stabilize RuO2-based nanoassemblies for acidic oxygen evolution.Nano Energy, 2021
原文連結：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105909相關焦點
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一文即知,常見過渡金屬(Fe、Ru等)OER催化劑的發展和機制
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高活性高穩定性酸性析氧催化劑設計出爐
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ACS Nano:美國Xiuling Li教授在金屬輔助化學蝕刻研究領域的進展
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《美國化學會志》:新型鎳基催化劑誕生可通過電解水高效生產氫燃料
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大連化物所在酸性條件下長壽命非貴金屬電解水催化劑方面獲進展
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我校佘希林教授在《Nano Energy》上發表論文
新聞網訊 近日，我校環境科學與工程學院佘希林教授在電解水產氫方面的研究取得重要進展。我校為第一作者單位，碩士研究生張威和鄒譯慧博士為共同第一作者，佘希林教授和楊東江教授為通訊聯繫人。該項目得到了國家自然科學基金項目，「泰山學者」特聘教授計劃，山東省自然科學基金和山東省自然科學傑出青年基金的資助。電化學產氫（HER）作為電化學水分解的一個重要的半反應，對於能源革命有著重要的意義。 -
質子交換膜燃料電池Pt基催化劑研究進展
然而，稀缺貴金屬Pt 依然是最常用且高效的電催化材料。在目前燃料電池常用的Pt/C催化劑中，陽極一側的Pt載量只需0.05 mg/cm2就可以滿足燃料電池的需要，而陰極一側的Pt載量則需要0.35mg/cm2，Pt基催化劑在燃料電池電堆中所佔的成本比例約為50%[2]。因此，降低陰極氧還原催化劑的成本對於降低整體PEMFCs的成本至關重要。 -
趙川教授團隊有機修飾的釕納米晶體催化劑實現高效氮氣電解合成氨
隨著電化學技術的發展，利用電化學的手段實現常溫常壓條件下氮氣電解合成氨成為近年來研究的熱點。與傳統工業哈珀法相比，電化學合成氨的原料氮氣和水來源廣泛，同時能量可來自於再生能源，被認為是一種綠色環保研究方法。然而由於氮氮三鍵的惰性和競爭性HER的存在，導致了目前多數催化劑的選擇性和產率依然很低。 -
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倫敦大學學院唐軍旺教授|分子催化劑助力氮化碳光催化高效產氫
Windle通訊作者：唐軍旺教授作者單位：倫敦大學學院論文DOI：10.1039/D0SC02986F研究亮點1. 分子催化劑與氮化碳通過共價鍵結合，實現了高效、穩定的光催化氫氣製備。2.目前大多產氫光催化劑需要擔載貴金屬，導致其成本過高，因此產氫催化劑的廉價化十分重要；2. 儘可能拓展光吸收範圍以有效利用太陽光；3. 長時間的穩定運行。擬解決的關鍵問題製備高效、長壽命、廉價的光催化劑以推動綠色氫能的普及。 -
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分子催化劑與氮化碳通過共價鍵結合，實現了高效、穩定的光催化氫氣製備。2. 瞬態吸收光譜顯示，共價結合實現了亞微秒級的快速電子傳輸，光生電子的半衰期因分子催化劑的引入提高了1000倍以上。有鑑於此，倫敦大學學院唐軍旺教授等人將不含貴金屬的分子催化劑共價嫁接在氮化碳表面，大大提高了光生電子向活性位點的傳輸速率，並將電子的半衰期提高了1000倍以上，實現了和擔載貴金屬相當的產氫效率，並可維持運行7天以上。這為穩定、高效光催化劑的製備提供了一種新的通用策略。 -
廉價高效電解水制氫氧析出催化劑獲重大突破
因此，開發出一種高活性和高穩定的釕單原子催化劑，是解決上述問題最有潛力的途徑。釕基催化劑在酸性氧析出中的穩定性是一個公認的世界難題。吳宇恩教授團隊早在2014年就開始研究釕元素的應用。為實現高效廉價的電解水制氫，該團隊經過多年的實驗探索，創新性地提出利用抗氧化能力和抗溶解能力強的鉑基合金為載體，利用表面缺陷工程技術捕獲和穩定單原子的方法成功製備了釕單原子合金催化劑，該釕單原子合金催化劑相對於商業釕基催化劑的過電位降低了大約30%，穩定性提高了近10倍。 -
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日前，內蒙古希捷環保科技有限責任公司（以下簡稱希捷環保）對外公布消息，其自主研發生產的稀土基脫硝催化劑已安全使用超過24000小時，性能穩定，仍在安全運行中。 「此外，釩鈦系脫硝催化劑具有一定毒性，仍會對環境造成一定程度汙染。基於這些事實，在全國範圍內研究具有自主智慧財產權、高效低成本的稀土無毒SCR脫硝催化劑具有極為重要的意義。」南京工業大學教授祝社民告訴科技日報記者。 -
大連化物所開發出離子液體穩定的高效單原子催化劑
日前，中科院大連化物所喬波濤研究員、張濤院士團隊和新加坡國立大學顏寧教授、日本京都大學Hiroyuki Asakura教授以及北海道大學Min Gao教授合作，發現離子液體可增加單原子團聚的活化能、可調節金屬單原子的氧化價態，從而開發出離子液體穩定的高效單原子催化劑。 -
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合成氨產率提高近十個數量級:石墨炔基Pd原子催化劑|NSR
近日，中國科學院化學研究所李玉良院士團隊和山東大學薛玉瑞教授、香港理工大學黃勃龍教授合作在《國家科學評論》（National Science Review, NSR）發表研究論文，他們在石墨炔（GDY）上錨定了零價鈀（Pd）金屬原子（圖1），並將獲得的 -
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華南理工崔志明：組分可調控的鎳基反鈣鈦礦氮化物高效析氫催化劑
Xin通訊單位： 華南理工大學化學與化工學院；加州大學爾灣分校物理和天文學系 論文DOI： 10.1002/anie.202007883全文速覽文章利用組分調控的策略，對鎳基反鈣鈦礦氮化物ANNi3 (A=Cu或In)中的A位金屬進行部分取代，以調變材料的電子結構、達到優化電催化活性的目的。 -
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