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AEM：钌单原子锚定在Co3O4纳米棒上实现pH通用条件下的高效全水分解

Nanoer-z
2025-04-03


单原子催化剂（SACs）因其优异的金属原子利用效率，在电催化水分解领域展现出巨大潜力。鉴于此，新西兰奥克兰大学Geoffrey I. N. Waterhouse等证明锚定在Co3O4纳米棒阵列上的钌单原子（Rux-Co3O4，其中x为钌的负载量百分比）在宽pH范围（0.3-14）内对析氧反应（OER）、析氢反应（HER）和全水分解均表现出卓越的电催化性能和耐久性。


 

本文要点：

（1）在1 M KOH、0.1 M PBS和0.5 M H2SO4中，Ru8%-Co3O4分别仅需214、286和138 mV的过电位即可实现OER的10 mA cm-2电流密度，以及13、72和59 mV的过电位实现HER的10 mA cm-2电流密度，性能优于基准RuO2和Pt/C催化剂。

（2）当Ru8%-Co3O4作为阴离子交换膜水电解槽（AEMWE）的阳极和阴极催化剂时，仅需2.06 V的槽电压即可实现1 A cm-2的电流密度。计时电位法证实，Ru8%-Co3O4在酸性、中性和碱性介质中，于100 mA cm-2电流密度下进行OER和HER时均具有优异的稳定性。

（3）密度泛函理论（DFT）计算表明，Ru8%-Co3O4中丰富的Ru-O-Co界面将d带中心从-1.72 eV（Ru团簇/Co3O4）移动到-1.58 eV（Ru单原子/Co3O4），为OER和HER创造了更有利的能量路径。

 

Y. Zhou, Y. Mao, C. Ye, Z. Wang, S. Wei, J. V. Kennedy, Y. Zhao, H. Yang, B. C. C. Cowie, G. I. N. Waterhouse, Ru Single Atoms Anchored on Co3O4 Nanorods for Efficient Overall Water Splitting under pH-Universal Conditions. Adv. Energy Mater. 2025, 2500700.

https://doi.org/10.1002/aenm.202500700



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