湖大谭勇文教授ACS Energy Letters: 纳米多孔铜钌合金用作高效HER催化剂

雨辰

2019-12-15

电化学水分解制氢是一种生产清洁、可持续氢能源的理想方案，其中活性催化剂对于低过电位下的高效转化非常关键。到目前为止，在酸性介质中析氢反应（HER）中Pt是最有效的催化剂，然而在碱性或中性条件下，Pt基催化剂的性能急剧下降。因此，获得高效的碱性HER催化剂仍然是一个巨大的挑战。钌(Ru)金属对H₂O分子具有良好的吸附能力，但是其对于H的吸附太强，导致其碱性HER催化性能较差。最近，金属合金在金属基体中溶质原子和基质之间的相互作用可以改变它们的电子结构，获得合适的对中间产物的吸附能，进而获得良好的催化性能。因此，构建Ru基的金属合金是获得优异碱性HER性能的新途径。近日，湖南大学谭勇文教授课题组采用脱合金法制备了一种高性能的无铂HER催化剂—三维纳米多孔铜钌合金。值得注意的是，优化的纳米多孔Cu₅₃Ru₄₇合金表现出优异的HER催化活性，起始电位接近于0，在碱性和中性电解液中具有超低的塔菲尔斜率（在碱性和中性电解液中分别范围∼30和∼35 mV dec^–1），在碱性和中性电解液中实现催化电流密度为10 mA cm^–2需要的过电位分别为∼15和∼41 mV。原位X射线吸收光谱实验结合DFT模拟结果表明，Ru原子掺入Cu基体不仅加速了水的吸附和活化反应速率，而且优化了Cu和Ru活性位点的氢键能，提高了其固有HER催化活性。该工作对于设计制备低成本、高活性的合金催化剂具有重要的借鉴意义。

Qiuli Wu, Min Luo, Jiuhui Han, Wei Peng, Yang Zhao, Dechao Chen, Ming Peng, Ji Liu, Frank M.F. de Groot, Yongwen Tan. Identifying Electrocatalytic Sites of Nanoporous Copper-Ruthenium Alloy for Hydrogen Evolution Reaction in Alkaline Electrolyte. ACS Energy Letters, 2019.

DOI: 10.1021/acsenergylett.9b02374

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.9b02374