Engineering Reports:酸性钌基电析氧催化剂的工业化设计与开发指南

随着科研工作者对质子交换膜电池(PEMWEs)的进一步研究,酸性条件下产氢被认为是实现可持续工业化氢能发展的最有前景的方式之一。电解水由两个半反应组成:阳极的析氧反应(OER)和阴极的析氢反应(HER)。目前而言,基于钼、钴等金属的酸性阴极催化剂普遍可在较低过电位下具有良好甚至类似铂的性能。酸性阳极催化剂则主要依赖于贵金属铱及其氧化物,但是铱的稀缺性在一定程度上限制了其的广泛应用。因此,开发具有价格低廉且性能优异的工业化阳极催化剂显得尤为重要。

近日,温州大学的金辉乐团队综述了钌基材料用于酸性条件下电析氧的研究现状,并讨论了未来钌基材料在电析氧工业化进程中的挑战和机遇。

▲图文摘要

该文首先简述酸性条件下析氧机理,并主要从金属钌、钌单原子、二氧化钌和含钌钙钛矿(烧绿石)氧化物出发,着重以杂原子掺杂、配位环境、形貌和应变效应等方面讲述催化剂电子结构与活性、稳定性之间的构效关系,并总结了钌基催化剂稳定性与活性之间的关联。文章最后,作者为解决钌基析氧催化剂目前存在的问题提出了相应策略:(1)精确调控催化活性中心钌的化合价态(4< Ru <5),取得催化剂活性与稳定性之间的平衡;(2)基于介稳态含钌氧化物,如RuO2(OH)2,设计并构筑新一类含钌催化剂,提高催化剂活性;(3)从量化计算和原位观察等角度,研究钌基催化剂在催化过程中的动态变化。

部分图表

▲析氧机理

▲部分关于金属钌催化剂的文献图

▲关于钌原子催化剂的文献图

▲关于钌溶解中间体与催化活性中间体之间的关系图

论文信息

Novel engineering of ruthenium-based electrocatalysts for acidic water oxidation: A mini review

Feng Zhou, Lijie Zhang, Juan Li, Qi Wang, Yurou Chen, Hailun Chen, Guolong Lu, Guang Chen*, Huile Jin*, Shun Wang, Jichang Wang

Engineering Reports

DOI: 10.1002/eng2.12437

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/eng2.12437