原创 怪咖 催化开天地 2022-06-22

由于高过电势，水电解制氢受到高能耗的极大限制，迫使人们不得不开发能够有效催化水分解反应的催化剂。然而，目前大多数过渡金属基催化剂只能在碱性环境中使用，因为它们大多在酸性和高氧化环境中不稳定，而且用途单一。因此，寻找在宽pH范围内具有高析氢和析氧反应动力学的稳定双功能催化剂是一个巨大的挑战。基于此，武汉理工大学木士春课题组双功能Ru@MoO(S)₃设计并构建了适用于宽pH范围的纳米胶囊结构电催化剂，其中Ru纳米粒子包裹在硫调制的氧化钼(MoO(S)₃)壳中。 

这种多合一的集成使Ru保留了固有的催化活性和快速的传质过程，同时防止了Ru的电化学氧化，从而保证了可回收性。特别地，Ru@MoO(S)₃在10 mA cm^-2的电流密度下驱动0.5 M H₂SO₄和1 M KOH中的水分解仅需1.522 V和1.526 V电池电压分别具有接近100%的法拉第效率。

这是首次报道催化剂在酸性和碱性介质中具有几乎相同的水分解活性，并且显著超过了商业 Pt/C和RuO₂催化剂。电化学阻抗谱数据表明，Ru@MoO(S)₃在OER中的Rct最小，在HER中非常接近Pt/C，表明Ru@MoO(S)₃具有更快的OER和HER电子转移过程；此外，在24 h恒流水分解试验中，Ru@MoO(S)₃的电流密度衰减非常小。因此，该工作进一步丰富了通用水电解催化剂的研究体系，为开发先进的酸性质子交换膜和碱性阴离子交换电解槽等高效储能转换装置提供了指导。

Anion-modulated Molybdenum Oxide Enclosed Ruthenium Nano-capsules with Almost the Same Water Splitting Capability in Acidic and Alkaline Media. Nano Energy, 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107445