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厦大EES:Mo-Ru NSAs实现高性能双功能氢催化
开发用于析氢/氧化反应(HER/HOR)的高性能双功能电催化剂,对于高效利用氢能具有重要意义。基于此,厦门大学黄小青教授、张桥保教授和韩佳甲助理教授(共同通讯作者)等人报道了一类独特的Mo改性Ru纳米片(Mo-Ru NSAs)催化剂,其中Mo具有金属Mo原子和MoO3的独特构型。


测试发现,Mo-Ru NSAs在1 M KOH中当电流密度为10 mA/cm2时其HER的过电位为16 mV,并具有250 h的持久稳定性。此外,在0.1 M KOH条件下,HOR的催化活性达到2.45 A/mgRu,分别是Ru/C和Pt/C的38.9倍和6.4倍,其HOR稳定性也比Ru/C和Pt/C更持久。
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密度泛函理论(DFT)计算的进一步结构优化表明,金属Mo离子嵌入Ru晶格中,而MoO3吸附在部分氧化的Mo原子上。
因此,Ru纳米片的表面电子性质和晶格结构发生了显著改变,从而优化了中间体的吸附和优异的HER/HOR性能。
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此外,在MoO3附近H*和OH*在Mo-Ru NSAs上的吸附强度减弱。更重要的是,Mo-Ru位点能使H2O自发解离,促进H+和OH-的生成。
随着H*和OH*覆盖范围的增加,H*和OH*趋向于向MoO3迁移,从而进一步优化了H*和OH*的吸附强度。
MoRu位点与MoO3的强耦合使HER和HOR的反应路径更加有利,促进了其能量上的有利进展。该工作将启发通过表面和晶格工程构建更先进的双功能催化剂。
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Surface and Lattice Engineered Ruthenium Superstructures towards High-Performance Bifunctional Hydrogen Catalysis. Energy Environ. Sci., 2022, DOI: 10.1039/D2EE02076A.
https://doi.org/10.1039/D2EE02076A.




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