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李亚栋/陈文星/李振兴JACS: 晶格应变和肖特基结双重调节，促进Ru NPs/NC有效析氢

2022-11-02 23:45410admin

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电化学水分解制氢是一种方便快捷且无污染的制氢方法，是未来氢能发展的重点和热点。利用可再生能源进行电催化水分解的主要挑战之一是开发更高效的析氢反应(HER)催化剂，然而，设计和开发有效的催化剂以获得最佳的氢吸附能量仍然是一个难题。
基于此， 清华大学李亚栋 、 北京理工大学陈文星 和 中国石油大学(北京)李振兴 等设计了一种新型肖特基催化剂，其中具有晶格应力的均匀超细Ru纳米颗粒被固定在氮修饰的碳纳米片(Ru NPs/NC)上，该催化剂能够进行有效析氢反应(HER)。
晶格应变和肖特基结的双重调节确保了具有适当氮含量的Ru NPs/NC催化剂在碱性介质中显示出极好的氢析出。具有1.3%晶格压缩应变的Ru NPs/NC-900在1.0 M KOH电解质中以19 mV的低过电位就能达到10 mA cm -2 的电流密度，Tafel斜率为40mV dec -1 ；并且该催化剂在长期稳定性试验后未显示出明显的活性下降，优于大多数最近报道的最先进的HER电催化剂。
原位X射线吸收精细结构谱测试表明，具有收缩Ru-Ru键的低价Ru纳米粒子在HER过程中起到催化活性中心的作用。
此外，多重光谱分析和密度泛函理论(DFT)计算表明，Ru纳米粒子与N修饰碳载体之间的晶格应变和肖特基结的双重调节调整了活性中心的电子密度和氢吸附，从而增强了HER活性。综上，该项研究所提出的晶格应变和肖特基结双重调节以提高催化活性的策略有利于推动先进的电化学析氢催化剂的设计和开发。
Lattice Strain and Schottky Junction Dual Regulation Boosts Ultrafine Ruthenium Nanoparticles Anchored on a N-Modified Carbon Catalyst for H 2 Production. Journal of the American Chemical Society, 2022. DOI: 10.1021/jacs.2c09613

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