AFM：Ar/H2/O2控制的生长热力学和动力学以形成用于酸性总水分解的零维，一维和二维钌纳米晶体

Nanoyu

2021-01-05

电化学水分解制氢因其清洁性和可持续性，被认为是生产H₂的有前途的方法。开发高性能电催化剂以加速阳极析氧反应（OER）和阴极析氢反应（HER）的反应动力学，是提高电化学水分解反应性能的关键。在各种高性能电催化剂中，Ru及其氧化物基催化剂由于具有合适的氢和氧结合能，分别在HER和OER中显示出巨大的潜力。

近日，北京化工大学Xin Liang报道了通过使用典型的惰性，还原性和氧化性气体（Ar/H₂/O₂）进行原位调节的生长热力学和动力学，成功开发了一种气体控制的形成策略用于合成独立的0D Ru纳米颗粒（NPs），1D Ru纳米线（NWs）和2D Ru纳米片（NSs）。

文章要点

1）研究发现，这些Ru纳米颗粒，纳米线和纳米片的生长过程分别遵循非定向生长、纳米颗粒定向附着和定向生长机制。动力学研究结果证实，H₂加速了Ru前驱体的还原速率，而O₂则抑制了还原。不同气体覆盖率下Gibbs表面自由能的计算结果进一步表明，小分子气体可以有效地调节表面状态和生长速率。

2）实验结果显示，这些Ru纳米晶（NCs）表现出优异的酸性水分解性能。在0.1 M HClO₄中，10 mA cm⁻²的电流密度下，Ru-RuO₂ NWs/C和Ru-RuO₂ NSs/C分别具有1.53 V和1.543 V的电位，远小于Ru-RuO₂ NPs/C和商品化Ru-RuO₂/C。同时，Ru-RuO₂ NWs/C和Ru-RuO₂ NSs/C在0.1 M HClO₄溶液中均具有优异的耐久性。

本工作系统地研究了小分子气体对Ru纳米晶形成过程的影响，为今后高性能纳米材料的开发提供了有效的思路。

参考文献

Ligang Chen, et al, Ar/H₂/O₂-Controlled Growth Thermodynamics and Kinetics to Create Zero-, One-, and Two-Dimensional Ruthenium Nanocrystals towards Acidic Overall Water Splitting, Adv. Funct. Mater. 2020

DOI: 10.1002/adfm.202007344

https://doi.org/10.1002/adfm.202007344