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?中科大AM：富氧空位RuO2亞納米片助力Ru團簇實現(xiàn)高效催化pH通用整體水分解

電化學水分解產(chǎn)氫預計作為一個有效的方式存儲清潔氫能源，從而在未來氫能發(fā)展中可以滿足不同的應用。然而，目前用于電催化水分解的電催化劑性能仍然不理想，特別是pH通用的電催化劑，這嚴重阻礙了在不同電解質(zhì)中高效析氫的發(fā)展。

基于此，中國科學技術(shù)大學章根強課題組提出了一種功能化策略，通過使用富含氧空位(O_V)的亞納米RuO₂材料包裹Ru納米團簇(Ru@V-RuO₂/C HMS)，可以激活其優(yōu)越的OER和HER催化活性。

電化學性能測試結(jié)果顯示，Ru@V-RuO₂/C HMS催化劑在酸性和堿性溶液中，10 mA cm^?2電流密度下的OER過電位分別為176 mV和201 mV過電位，HER過電位分別為47 mV和6 mV。此外，不論在酸性或堿性條件下，Ru@V-RuO₂/C HMS催化劑都具有優(yōu)異的電化學穩(wěn)定性，并且穩(wěn)定性測試后催化劑的形貌和組分變化幾乎可以忽略不計。

實驗結(jié)果和密度泛函理論(DFT)計算表明，富含O_V的RuO₂亞納米片包裹Ru核心可以調(diào)控Ru和O的d/p帶中心，從而平衡H*的吸附/解吸行為(ΔG_H*=0.13 eV)，削弱了含氧中間體的吸附，從而加速其反應動力學。

更重要的是，由Ru@V-RuO₂/C HMS組裝的雙電極水電解系統(tǒng)僅需小于1.5 V_RHE的電壓(1.447 V_RHE，0.5 M H₂SO₄和1.137 V_RHE，1.0 M KOH)就可以達到10 mA cm^?2的電流密度，顯示出Ru@V-RuO₂/C HMS催化劑優(yōu)異的雙功能催化活性。

綜上，該項工作可以為設計通過活性核心上的原子尺度的可控修飾來實現(xiàn)高效性能的電催化劑提供指導。

Arming Ru with Oxygen Vacancy Enriched RuO₂ Sub-nanometer Skin Activates Superior Bifunctionality for pH-Universal Overall Water Splitting. Advanced Materials, 2023. DOI: 10.1002/adma.202206351

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