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武理木士春Small：超低Ru摻雜的無定形鈷基氧化物用于堿性和海水介質(zhì)中高電流密度全分解水

在高電流密度下電解水實(shí)現(xiàn)高效和穩(wěn)定的制氫對于即將到來的氫經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要。然而，緩慢析氫反應(yīng)(HER)和析氧反應(yīng)(OER)電催化過程的雙功能催化劑嚴(yán)重限制了其工業(yè)發(fā)展。

武漢理工大學(xué)木士春團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種超低Ru摻雜的無定形鈷基氧化物(Ru-CoO_x/NF)電催化劑，可在堿性或者海水中以高電流全分解水。

與其他催化劑相比，Ru-CoO_x/NF優(yōu)異的電催化性能可歸因于以下幾個(gè)方面：

(1)非晶結(jié)構(gòu)為電催化反應(yīng)提供了更多的活性位點(diǎn)；

(2)元素Ru的摻入有助于內(nèi)部電荷轉(zhuǎn)移，促進(jìn)電化學(xué)動力學(xué)；

(3) OER過程中發(fā)生表面電子重構(gòu)和β-CoO(OH)的形成。這些積極因素有效地驅(qū)動了堿性和海水介質(zhì)中高電流密度下的水電解。

在1 M KOH中，對于HER和OER反應(yīng)，當(dāng)電流密度達(dá)到1000 mA cm^-2時(shí)，Ru-CoO_x/NF上過電位分別僅需52 mV和370 mV，性能分別超過商業(yè)Pt/C和RuO₂。在高電流密度下，它還表現(xiàn)出出色的電化學(xué)穩(wěn)定性。

另外，用Ru-CoO_x/NF組裝的電解槽，只需要2.2 V和2.62 V的超低電壓，能夠產(chǎn)生1000 mA cm^-2的電流密度分別支持堿性水和海水電解，法拉第效率接近100%。

Ultralow Ru incorporated amorphous cobalt-based oxides for high-current-density overall water splitting in alkaline and seawater media. Small, 2021. DOI:10.1002/smll.202102777

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