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实现界面钌中心高效催化酸性电解水析氧反应

大连化学中国科学院

实现界面钌中心高效催化酸性电解水析氧反应

界面中心高效催化酸性电解水

近日,中国科学院大连化学研究所邓德会研究员团队在酸性电解水分析氧催化剂研究中取得了新进展,发现二氧化硅(RuO2)和石墨烯界面的中心可以显著提升RuO酸性电解水析氧反应中基催化剂的活性和稳定性。相关研究成果发表在先进材料上。

氢能作为一种清洁、高效、可再生的绿色能源,被认为是21世纪最具潜力的清洁能源。基于质子交换膜的酸性电解水制氢技术具有效率高、产氢纯度高、能耗低等特点,被认为是高纯氢连续生产最有前途的技术之一。然而,由于四种电子转移过程和动力惰性的限制,其阳极氧分析反应已成为电解水制氢的瓶颈。到目前为止,RuO2是极少数能在酸性条件下催化电解水析氧反应的催化剂。然而,这种氧分析反应伴随着RuO2过氧化生成RuO4.腐蚀溶解过程使RuO催化剂在酸性电解水析氧反应中难以长期保持高反应活性。因此,开发新的策略,同时实现高活性和高稳定性RuO基催化剂的制备具有重要的研究意义,但却极具挑战性。

研究人员通过精确构筑RuO2.改善石墨烯界面RuO2基催化剂在酸性电解水析氧反应中的活性和稳定性。所制备的催化剂表现出优于商品RuO在10 mA cm-在2电流密度下,过电位仅为227 mV,低于商品RuO2所需的290 mV过电位可稳定运行24小时以上,其稳定性远高于商品RuO2催化剂。与此同时,该团队与中国科学院山西煤学研究所任鹏举博士合作,结合密度泛

函理论计算发现,RuO在石墨烯界面上Ru位置可以打破吸附物种HOO*和HO*线性关系降低了整个反应决定性速度的反应能障碍,从而提高了电解水和氧分析的反应活性。此外,石墨烯向RuO2表面转移的电子可以改善RuO2.抗氧化和耐腐蚀性。因此,石墨烯和RuO2界面处的Ru中心不仅可以增强RuO催化析氧反应的活性,能有效提高其稳定性。

酸性电解水析氧催化剂的设计和制备提供了新的思路。

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