调控晶相结构是优化催化剂性能的一个重要方法。通过调控晶相结构催化活性原子能够重新排列形成新的晶格,这为合理排布原子发现高活性晶相提供了可能。但由于亚稳态晶相稳定性差,仍缺乏晶相结构对析氢性能影响的系统研究。
基于以上考虑,中石化石油化工科学研究院荣峻峰课题组和北京化工大学庄仲滨课题组通过热解有机螯合物的方法合成了N掺杂碳包覆混合晶相NiRu催化剂(NiRu@NC(mix)),该催化剂同时具有面心立方(fcc)和六方密堆(hcp)相的RuNi,且其比例可调。在制备过程中,EDTA作为螯合剂与Ru3+/Ni2+络合,形成Ru(III)/Ni(II)-EDTA复合结构。在煅烧过程中,Ru(III)/Ni(II)-EDTA络合物逐渐分解,原位生成CNx物种,形成N掺杂碳壳包覆NiRu纳米粒子,碳壳的保护使亚稳态的hcp相稳定存在。催化剂中fcc和hcp晶相的含量可以通过控制反应温度和NiRu比例来调控。通过系统研究晶相对析氢性能的影响,发现其析氢性能随着催化剂中hcp相含量的增加而增加。当催化剂中hcp相含量达~70%时展现出优异的HER性能,在10 mA/cm2电流密度下的过电位仅为27 mV,Tafel斜率为42 mV/dec。并且由于碳壳的保护,催化剂具有较高的稳定性,10000循环测试后过电位仅增加9 mV。这一研究表明,合理调控催化剂的晶相结构对于开发高性能的电催化材料至关重要。
Ying Yuan, Lufan Zheng, Prof. Junfeng Rong, XiKang Zhao, Genghuang Wu, Prof. Zhongbin Zhuang
Chemistry – A European Journal
DOI: 10.1002/chem.202300062