來源：武次理工大學部門新聞，材料復合新技術國家重點實驗室提供 更新日期：2020-08-24
近日，我校材料復合新技術國家重點實驗室木士春教授課題組聯合廣東佛山仙湖實驗室在酸性電解水制氫領域取得重要進展，研究成果已在國際能源材料頂級刊物ACS Energy Letters上在線發表。
電解水制氫被認為是最具發展前景的一種制氫技術。然而，其催化材料通常在酸性條件下的不穩定，而且其陽極析氧反應（oxygen evolution reaction, ORR）動力學速率緩慢，嚴重制約了酸性電解水制氫技術發展。目前常用的析氧催化劑是二氧化銥（IrO2），但其價格高昂。與之相比，二氧化釕（RuO2）價格相對低廉，且具有較高的析氧催化活性，但其在較高的工作電壓下會被氧化為四氧化釕（RuO4），而且其晶格氧還會參與氧氣的析出，使催化劑穩定性降低。因此，制備高性能的釕基酸性析氧催化劑成為當前面臨的一大挑戰。
近年來，木士春教授課題組在電解水制氫催化劑的設計、構筑及電催化機理等方面開展了大量研究工作，已在Angew Chem Int Ed、Energy Environ Sci、Adv Energy Mater、Adv Funct Mater、Nano Energy、J Catal等國際權威期刊上發表40余篇高質量的相關論文。在此工作基礎上，最近，他們首次借助離子熱方法合成出了具有較高穩定性的二硼化釕（RuB2）。當將其用于酸性電解水析氧半反應時，該催化材料僅需223 mV 的過電勢即可實現10 mA cm-2的析氧電流密度。密度泛函理論（DFT）計算證實，與RuO2相比, RuB2可具有較低的催化活化能，因此表現出高的析氧活性。此外，RuB2晶體結構中無晶格氧，從而能夠有效地避免晶格氧參與氧氣的析出，從而使RuB2表現出更高的催化析氧穩定性。同時，RuB2還在酸性下表現出不俗的析氫性能。因此, 當將其作為雙功能催化劑組裝成電解槽進行全解水時，僅需1.525 V的超低電壓就可以達到10 mA cm-2的電流密度。這是迄今為止報道的酸性電解質中最低水分解電壓值之一。毫無疑問，RuB2所提供的前所未有的酸性電催化活性將有助于高效電化學產氫。
論文第一作者為武漢理工大學碩士研究生陳釘，木士春教授和蒲宗華博士為本文共同通訊作者。該項研究獲得了國家自然科學基金（No.51672204）及國家重點研發計劃（No.2016YFA0202603）等項目的支持。
論文鏈接：Ionothermal Route to Phase-Pure RuB2 Catalysts for Efficient Oxygen Evolution and Water Splitting in Acid Media
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c01384