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氫(H₂)能源在可再生能源技術的發展和碳中和的實現中發揮著關鍵作用。在溫和條件下生產高純H₂的水電解槽以及氫燃料電池，是實現氫經濟的兩個關鍵裝置。

與質子交換膜燃料電池相比，在堿性條件下工作的陰離子交換膜燃料電池由于工作條件溫和，對催化劑的需求相對較低而更有吸引力。然而，陽極側氫氧化反應(HOR)的反應動力學比在酸性介質中低2-3個數量級，這阻礙了堿性燃料電池的實際應用。

因此，開發高活性、持久穩定性以及價格低廉的非鉑電催化劑是實現堿性燃料電池實際應用的關鍵。

近日，廈門大學黃小青、張橋保和韓佳甲等成功地制備了一類獨特的Mo改性Ru納米片(Mo-Ru NSA)，其中Mo同時具有金屬Mo原子和MoO₃的獨特結構。

性能測試結果顯示，Mo-Ru NSA在1.0 M KOH溶液中僅需低至16 mV的過電位足以產生10 mA cm^-2的HER電流密度；Mo-Ru NSAs還可以在10 mA cm^-2下保持長達250小時的持久穩定性。

對于催化HOR，Mo-Ru NSA的質量活性為2.45 A mg_Ru^-1，分別是Ru/C和Pt/C的38.9倍和6.4倍。

密度泛函理論(DFT)計算表明，在Mo-Ru NSAs上，在MoO₃附近的H*和OH*的吸附強度減弱。更重要的是，MoRu位點可以使水自發解離并促進H⁺和OH^–的生成；隨著H*和OH*覆蓋范圍的增加，H*和OH*傾向于向MoO₃移動，從而進一步優化了H*和OH*的吸附強度。

此外，MoRu位點與MoO₃的強耦合提供了更有利的反應路徑，促進了HER和HOR朝著能量有利的方向進行。總的來說，該項工作通過對高性能Mo改性Ru納米片催化劑的研究，將有助于制備更先進的雙功能氫催化催化劑并用于其他催化應用。

Surface and Lattice Engineered Ruthenium Superstructures towards High-Performance Bifunctional Hydrogen Catalysis. Energy & Environmental Science, 2022. DOI: 10.1039/D2EE02076A

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廈大EES：獨特結構Mo改性Ru納米片，實現高性能雙功能氫催化

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