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木士春/王晶Appl. Catal. B.: 独特蛋黄壳结构,催化pH通用HER不发愁!
知乎 催化前沿 2022-01-06

氢能被认为是传统化石燃料最具影响力的候选能源之一,由于其可持续性和环境友好的特性,它将成为主要的清洁可再生能源。电驱动水电解是一种环保且可持续的制氢方法,但它需要高的水分解反应过电位,这增加了能量消耗。因此,非常需要寻求一种全pH高效耐用的析氢反应(HER)电催化剂。

基于此,武汉理工大学木士春安阳工学院王晶等设计并合成了MOF衍生的具有独特蛋黄壳结构的催化剂,其中RuP2锚定在碳层中(RuP2-C@RuP2-C)。

该催化剂不仅超过了Pt催化剂的HER活性,而且在10 mA cm-2时具有非常小的过电位(在1.0 M KOH和0.5 M H2SO4中过电位分别为9 mV和17 mV),且具有较强的稳定性。

此外,该催化剂在1.0 M PBS中表现出接近Pt催化剂的低过电位(40 mV),且具有高稳定性。表明RuP2-C@RuP2-C(RPC@RPC)在所有pH值下都具有出色的HER性能,超过大多数含有贵金属、非贵金属和非金属催化剂的催化剂。

更重要的是,密度泛函理论(DFT)计算结果进一步表明,提高的HER能力与RPC@RPC表面暴露的P位点密切相关,后者显示出中等的氢吸附能。我们的研究结果为设计和构建具有独特结构的Ru基催化剂和其他催化剂提供了一条重要途径,即通过金属有机框架和高性能pH通用HER。

Metal-Qrganic Frameworks Derived RuP2 with Yolk-Shell Structure and Efficient Performance for Hydrogen Evolution Reaction in Both Acidic and Alkaline Media. Applied Catalysis B: Environmental, 2021. DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.121043