慕瑾 催化开天地 2022-08-17 08:18 发表于广东

海水电解为绿色氢气的可再生生产提供了有效途径。然而，由于电极腐蚀和不良副反应，其析氢反应(HER)性能受到极大的抑制。钌(Ru)在碱性介质中具有与Pt相似的氢键能，但从未有关于具有触发晶格活化和对称破缺结构的钌(Ru)基催化剂用于海水电解的报道。因此，开发用于海水电解的廉价且高性能的钌基催化剂势在必行。

基于此，武汉理工大学木士春和南京晓庄学院刘苏莉等首先通过密度泛函理论(DFT)计算，证明Ru簇中的Cd和Se单原子位掺杂(Ru/Cd_ySe_x)可以通过在对称破坏界面的Ru-Se-Cd配体有效地破坏Ru对称结构。通过用原子分散的非化学计量Cd_ySe_x取代部分Ru原子，驱动原位产生亚稳态对称破坏结构和更多原子空位，并调节Ru原子的配位环境，从而优化Ru-H键和更多通道用于H迁移。

Ru对称结构的破坏将导致优化的Ru配位环境和更强的*H吸附能(Ru-H)(ΔG_H=-0.082 eV)，有利于提高HER活性；特别是具有对称破坏中心的不饱和Ru配位环境由于Ru/Cd_ySe_x中的自适应Se空位(V_Se)导致杂原子界面的电荷重新分布，这使得催化剂在海水中具有优异的HER活性，即Ru/Cd_0.02Se₄在10 mA cm^-2时仅需要低至6.3 mV的过电势，并且在碱性海水中的转换频率(TOF)分别是Ru/Se_x的9.6倍，优于Pt/C和大多数迄今为止报道的其他催化剂。

此外，它在50小时内表现出非常令人印象深刻的稳定性。该项工作通过对称破缺阐述了活性起源，并为合理设计具有非均相重构的催化剂用于从海水电解及其他领域高效制氢提供了理论指导。

Coordination Environment of Ru Clusters with in-situ Generated Metastable Symmetry-breaking Centers for Seawater Electrolysis. Nano Energy, 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107656