Nature Catal：Ru团簇-CrOx团簇异质结电催化制氢

纳米技术

2024-03-11

构筑结构明确的异质结界面结构催化剂能够打破催化剂的标度关系（scaling relationships），从而加快含有多种中间体的反应速率。

有鉴于此，浙江大学孙文平、潘洪革等设计了一种由Ru金属簇和无定形CrOx组成的团簇-团簇异质结催化剂，表现了优异的碱性电催化制氢反应活性。

本文要点

（1）

由于独特的界面浸入（interfacial interpenetration）作用能够同时优化异质结的两个团簇表面吸附的中间体。这种团簇-团簇异质结电催化剂表现优异的电催化制氢性能，交换电流密度达到2.8 A mg^-1_Ru，100 mV的制氢速率达到23.0 A mg^-1_Ru。

（2）

构筑的氢氧化物交换膜燃料电池在0.65 V的质量活性达到22.4 A mg^-1_Ru，而且在电流密度为500 mA cm^-2持续105 h工作未见电压衰减。这项工作展示了团簇-团簇异质结界面结构能够有助于构筑先进的电催化剂。

实验和DFT理论计算结果说明Ru-CrO_x团簇异质结催化剂的界面Ru-O-Cr化学键由于Ru的侵入效应（penetration effect）能够较强的增强HOR和HER催化活性。独特的界面作用显著降低打破/生成H-OH化学键的能垒，加快水分子解离和生成的速率。优化的Ru-CrO_x@CN催化剂的性能是目前见诸报道的性能最好的碱性HER电催化剂之内，在HEMFC电催化器件中实现优异的峰值功率密度和工作持久性。

参考文献

Zhang, B., Wang, J., Liu, G. et al. A strongly coupled Ru–CrO_x cluster–cluster heterostructure for efficient alkaline hydrogen electrocatalysis. Nat Catal (2024)

DOI: 10.1038/s41929-024-01126-3

https://www.nature.com/articles/s41929-024-01126-3