第一作者：李文强、Heng Zhang
通讯作者：冯勋教授、木士春教授
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近年来，氢气因其优异的热值和环境友好性，而被公认为是一种极具前景的能源载体。目前，在各种制氢方法中，由析氢反应(HER)和析氧反应(OER)组成的电化学水裂解是一种有效的绿色制氢方法。
图1. D-RuO2/TiO2纳米异质结的原子和电子结构，及其对应的HER自由能曲线。
文章要点1：在本文中，作者通过密度泛函理论(DFT)计算结果预测，富缺陷的RuO2和TiO2纳米异质结构可以有效地调节RuO2的电子结构，并加速电催化水裂解过程，从而增强催化剂的本征活性。因此，作者开发出一种简便的策略成功在Ti网(TM)上原位制备出TiO2，同时与有缺陷的RuO2 (D-RuO2)纳米颗粒结合。
文章要点2：得益于丰富的活性中心，所形成的D-RuO2/TiO2/TM纳米异质结构在碱性介质中具有优异的电催化水裂解性能，在50 mA/cm2电流密度下的HER过电位仅为71 mV，在10 mA/cm2电流密度下的OER过电位仅为296 mV。
文章要点3：对于整体水裂解催化而言，采用D-RuO2/TiO2/TM电极组装的电解槽在电压仅为1.59 V的情况下，即可达到10 mA/cm2的电流密度。此外，在固定的电流密度下，该电解槽可实现出色的稳定性。
图2. D-RuO2/TiO2/TM纳米异质结构的制备流程示意图。
图3. D-RuO2/TiO2/TM纳米异质结构的微观形貌表征。
图4. D-RuO2/TiO2/TM纳米异质结构的XPS和ESR表征。
图5. 电催化剂在1 M KOH介质中的HER性能。
图6. 电催化剂在1 M KOH介质中的OER性能。
图7. 在1 M KOH介质中的水电解槽性能。
参考文献
Wenqiang Li, Heng Zhang, Manzhou Hong, Lilei Zhang, Xun Feng, Mengfei Shi, Wenxuan Hu, Shichun Mu. Defective RuO2/TiO2 nano-heterostructure advances hydrogen production by Electrochemical Water Splitting. Chem. Eng. J. 2021. DOI: 10.1016/j.cej.2021.134072.