第一作者：Licheng Wei，Wei Yan

通訊作者：黃小青，耿洪波，徐勇

通訊單位：廈門大學，常熟理工學院，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所

本研究著眼于提高堿性氫氧化反應（HOR）的效率，這是陰離子交換膜燃料電池（AEMFCs）的關鍵陽極反應。針對HOR在堿性條件下動力學緩慢的問題，本工作中展示了釕錫（Ru-Sn）納米花中六方密堆積（hcp）與面心立方（fcc）相界面的強協同作用，能夠顯著提升HOR的動力學，并增強對一氧化碳（CO）的耐受性。

實驗觀察、原位表征和理論計算表明，fcc/hcp相的比例與界面協同作用有關，可以調節H的吸附能力，減弱對CO的結合強度，并降低CO氧化的能壘。優化后的fcc_0.42 Ru-Sn/C在50 mV時表現出的比活性和質量活性分別為4.9 A mg_Ru^-1和6.7 mA cm_ECSA^-2，分別是hcp Ru/C的9.8倍和7.4倍，超過了商用Pt/C和其他已報道的HOR催化劑。

此外，使用fcc_0.42 Ru-Sn/C組裝的燃料電池展示出12.46 W mg_Ru^-1的峰值功率密度（PPD），超過了目前已報道的Ru基AEMFC。

圖文導讀

圖1：fcc_x Ru-Sn納米花的合成方案、XRD圖譜、Rietveld精修結果、TEM圖像、尺寸分布、HRTEM圖像、IFFT圖像、FFT圖像。

圖2：不同fcc/hcp相比例的Ru-Sn/C的HOR極化曲線、不同旋轉速度下的極化曲線、Koutecky-Levich圖、Tafel圖。

圖3：Ru 3p和Sn 3d的XPS光譜、Ru和Sn K邊的XANES和EXAFS光譜、小波變換圖。

圖4：fcc_0.42 Ru-Sn/C和hcp Ru/C的H₂-TPD曲線、在KOH和KOD電解液中的HOR極化曲線。

圖5：fcc_0.42 Ru-Sn模型的差分電荷密度分布、Bader電荷分析、投影態密度（pDOS）、氫吸附吉布斯自由能。

總結展望

本研究通過調控Ru-Sn納米花中fcc和hcp相的界面協同效應，顯著提高了堿性HOR的性能。實驗和理論計算結果表明，這種界面協同作用能夠調節Ru位點的d帶中心，減弱氫和CO的吸附能力，并促進CO氧化，從而顯著增強HOR的動力學和CO耐受性。fcc_0.42 Ru-Sn/C表現出的卓越活性和穩定性，不僅超越了商業Pt/C，也為設計高效電催化劑提供了新策略。

此外，使用該材料組裝的燃料電池展現出的高功率密度和長期穩定性，預示著其在實際應用中的巨大潛力。未來的研究將進一步探索這種界面工程策略在其他催化體系中的應用，并優化材料的合成工藝以實現更大規模的生產和應用。

文獻信息

標題：Phase and Interface Engineering of a Ru-Sn Nanocatalyst for Enhanced Alkaline Hydrogen Oxidation Reaction

期刊：Energy & Environmental Science

DOI：10.1039/D4EE02010C

黃小青，廈門大學教授、博導（2019-至今），國家杰出青年科學基金（2021）獲得者，研究方向：貴金屬納米材料的精準制備及其電、熱、光催化應用研究。