據(jù)李保強(qiáng)介紹,隨著國家氫能快速發(fā)展,電解水制氫受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注。廉價(jià)高效的電解水析氫的催化劑是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵。釕(Ru)由于其適當(dāng)?shù)臍浣Y(jié)合能和低廉的價(jià)格,被認(rèn)為是鉑的理想替代品。由于Ru納米顆粒仍存在穩(wěn)定性差和活性低的問題,因此基于碳負(fù)載Ru納米顆粒可有效提高其穩(wěn)定性和催化活性。然而,該領(lǐng)域研究主要集中在碳載體的篩選、孔隙、導(dǎo)電性和缺陷等對催化劑活性的影響,而sp2和sp3雜化碳在提高HER活性方面仍被忽視。
針對這些問題,該研究團(tuán)隊(duì)提出以sp2/sp3雜化碳負(fù)載釕納米顆粒途徑提高釕催化劑的HER活性。團(tuán)隊(duì)利用具有sp2/sp3雜化碳的氮摻雜碳點(diǎn)(NCDs)為前驅(qū)體制備具有sp2/sp3雜化碳基底負(fù)載Ru納米顆粒的釕/碳點(diǎn)(Ru/NCDs)催化劑,為通過調(diào)控碳雜化態(tài)提高釕基催化劑活性提供新途徑。
研究結(jié)果表明,在堿性和酸性條件下Ru/NCDs均表現(xiàn)出優(yōu)良的催化活性和穩(wěn)定性。此外,光譜分析和密度函數(shù)理論計(jì)算表明Ru和NCDs之間的相互作用不但有效地調(diào)節(jié)了活性中心Ru的電子結(jié)構(gòu),而且sp2/sp3碳界面的存在有助于降低中間能壘和平衡氫的吸附/解吸,從而大幅提升釕催化劑的HER的活性。
專家評價(jià)認(rèn)為,Ru/NCDs催化劑與商業(yè)Pt/C以及最近報(bào)道的Ru基電催化劑相媲美甚至更優(yōu)越。該研究為底物特性對催化活性的影響和碳負(fù)載金屬電催化劑的合理設(shè)計(jì)提供新思路。
原標(biāo)題:哈工大研發(fā)釕/碳點(diǎn)催化劑為新能源氫能開發(fā)提供新路徑