InfoMat团队 InfoMat 2020-9-27

相比于传统的化石能源制氢模式，电解水制氢被认为是最具发展远景的一种制氢技术，但其阳极析氧反应(OER)的动力学非常缓慢，而且催化材料通常在酸性条件下不稳定。这些科学问题已成为制约酸性电解水制氢技术广泛应用的瓶颈。目前，常用的析氧催化剂是二氧化铱（IrO₂）和二氧化钌（RuO₂）。虽然它们均为贵金属催化剂，但与IrO₂相比，RuO₂除具有较高的析氧催化活性外，其价格相对低廉（Ru价格只有铂4%左右），但其稳定性亟待提高。

近日，武汉理工大学木士春课题组借助离子热方法首次合成出了具有较高稳定性的二硼化钌（RuB₂）双功能催化剂。当将合成的催化剂应用于酸性电解水析氧半反应时，达到10 mA cm^-2的析氧电流密度只需要223 mV 的过电位。DFT理论计算研究进一步证实，相较于RuO₂, RuB₂具有更低的催化活化能，从而拥有更高的OER催化活性。此外，由于RuB₂晶体结构中不存在晶格氧，从而有效避免了晶格氧参与氧析出，进而提高了其析氧稳定性。同时，RuB₂也展现出较高的酸性析氢活性和稳定性，达到10 mA cm^-2的析氢电流密度仅需52 mV的过电位。将其作为双功能催化剂组装成电解槽进行全解水测试时，发现达到10 mA cm^-2的电流密度仅需1.525 V的超低电压。该项研究成果可为高性能Ru基酸性OER催化剂的设计和构筑提供指导。

图1. RuB₂的合成示意图。

该文章第一作者为武汉理工大学硕士研究生陈钉及西南大学博士研究生刘婷婷。武汉理工大学木士春教授和蒲宗华博士为本文共同通讯作者。该项研究获得了国家自然科学基金（No.51672204）及国家重点研发计划（No.2016YFA0202603）等项目的支持。相关工作以 “Ionothermal Route to Phase-Pure RuB2 Catalysts for Efficient Oxygen Evolution and Water Splitting in Acid Media”为题发表在ACS Energy Letters (影响因子：19.01) 上（DOI: 10.1021/acsenergylett.0c01384）。