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甄良/宋波/徐成彦Angew:双功能WC负载的RuO2纳米颗粒助力酸性水分解
目前,析氢反应(HER)和析氧反应(OER)中不可降低的高电压是制约碱性电解槽发展的关键因素。酸性介质中高浓度的H+离子,可以促进HER的反应速率,比碱性介质中的反应速度快2到3个数量级。然而,对电极进行OER反应是一个涉及复杂“四电子”过程的反应,导致在酸性电解质中反应动力学缓慢和过电位大。因此,开发具有优异活性、优异耐久性和低成本的高效OER电催化剂对于构建酸性OWS双功能电催化剂是必不可少的。
基于此,哈尔滨工业大学甄良教授、宋波教授和徐成彦教授(共同通讯作者)等人报道了锚定在碳纳米片上的WC负载的RuO2纳米颗粒(RuO2-WC NPs)中的强催化剂-载体相互作用,其中通过简单的盐模板化策略合成了锚定在碳片上的RuO2-WC NPs
在文中,通过密度泛函理论(DFT)计算表明,催化剂-载体的相互作用可以优化OER过程中间物种的Ru位点的吸附能,从而降低反应势垒。此外,电子从WC转移到RuO2可以保护Ru活性位点在OER过程中免受过度氧化。结合负载效应、优异的催化活性和出色的导电能力,RuO2-WC NPs表现出卓越的OER性能,η10为347 mV和88.5 mV dec-1的小Tafel斜率。
具体而言,RuO2-WC NPs的质量活度高达1430 A gRu-1,比商用RuO2(176 A gRu-1)高约8倍。将优异的HER性能与η10为58 mV和66 mV dec-1的Tafel斜率相结合,由双功能RuO2-WC NPs构建了用于OWS的酸性电解槽,提供仅1.66 V的电位以实现10 mA cm-2和出色的长期稳定性。该策略为设计高效双功能电催化剂开辟了一条新途径,以平衡酸性OWS的高催化活性和低成本。
Bifunctional WC-Supported RuO2 Nanoparticles for Robust Water Splitting in Acidic Media. Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202202519.
https://doi.org/10.1002/anie.202202519.
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