Small:高活性非晶态RuCu纳米片生长在Cu纳米管上用于宽pH下析氢反应

近年来,随着能源需求不断增加以及环境污染问题逐渐严重,氢气被认为是最有潜力替代传统化石燃料的清洁能源之一。其中,电解水技术被认为是一种大规模制备氢气的有效途径,因为其绿色、无碳排放等清洁特征。贵金属催化剂(如Pt,Rh等)是目前最先进的析氢催化剂。然而贵金属催化剂价格昂贵且在碱性和中性电解液中反应动力学缓慢,这严重制约了电解水制氢技术的发展。因此,合理设计出在宽pH条件下成本低且表现出高活性、高稳定性的析氢反应电催化剂引起了科研人员的广泛关注。

近日,北京化工大学化学工程学院程道建教授课题组通过一种简单的湿化学方法成功地合成出了一种三维钌铜纳米晶(3D RuCu NCs),其中二维非晶态RuCu纳米片直接生长在晶体Cu纳米管(NTs)上。该催化剂在碱性和中性介质中进行HER性能测试时,仅需18和73 mV就可达到10 mA cm−2的电流密度。接着,通过密度泛函理论(DFT)计算和实验表明,非晶态纳米片表面的Ru位点是高活性中心。此外,由于该催化剂独特的三维结构可以有效地阻止纳米片的团聚,这与纯纳米片相比,该催化剂可以暴露出更多的水裂解表面积。同时,非晶态纳米片与晶态NTs之间的界面对于提高其性能至关重要,因为非晶态相具有许多不饱和键,有利于反应物的吸附,而导电性良好的晶态Cu可以促进电子的转移。 研究者相信,此项研究工作为制备高效Ru基析氢催化剂提供了一种新的思路,并且通过界面构建、形貌调控解决了中性、碱性环境中析氢催化剂活性低的问题。相关论文在线发表在著名期刊Small (DOI: 10.1002/smll.202000924)上,该文章第一作者为博士研究生曹东,程道建教授为本文通讯作者。