第一作者：李文強、Heng Zhang
通訊作者：馮勛教授、木士春教授
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近年來，氫氣因其優異的熱值和環境友好性，而被公認為是一種極具前景的能源載體。目前，在各種制氫方法中，由析氫反應(HER)和析氧反應(OER)組成的電化學水裂解是一種有效的綠色制氫方法。
圖1. D-RuO2/TiO2納米異質結的原子和電子結構，及其對應的HER自由能曲線。
文章要點1：在本文中，作者通過密度泛函理論(DFT)計算結果預測，富缺陷的RuO2和TiO2納米異質結構可以有效地調節RuO2的電子結構，并加速電催化水裂解過程，從而增強催化劑的本征活性。因此，作者開發出一種簡便的策略成功在Ti網(TM)上原位制備出TiO2，同時與有缺陷的RuO2 (D-RuO2)納米顆粒結合。
文章要點2：得益于豐富的活性中心，所形成的D-RuO2/TiO2/TM納米異質結構在堿性介質中具有優異的電催化水裂解性能，在50 mA/cm2電流密度下的HER過電位僅為71 mV，在10 mA/cm2電流密度下的OER過電位僅為296 mV。
文章要點3：對于整體水裂解催化而言，采用D-RuO2/TiO2/TM電極組裝的電解槽在電壓僅為1.59 V的情況下，即可達到10 mA/cm2的電流密度。此外，在固定的電流密度下，該電解槽可實現出色的穩定性。
圖2. D-RuO2/TiO2/TM納米異質結構的制備流程示意圖。
圖3. D-RuO2/TiO2/TM納米異質結構的微觀形貌表征。
圖4. D-RuO2/TiO2/TM納米異質結構的XPS和ESR表征。
圖5. 電催化劑在1 M KOH介質中的HER性能。
圖6. 電催化劑在1 M KOH介質中的OER性能。
圖7. 在1 M KOH介質中的水電解槽性能。
參考文獻
Wenqiang Li, Heng Zhang, Manzhou Hong, Lilei Zhang, Xun Feng, Mengfei Shi, Wenxuan Hu, Shichun Mu. Defective RuO2/TiO2 nano-heterostructure advances hydrogen production by Electrochemical Water Splitting. Chem. Eng. J. 2021. DOI: 10.1016/j.cej.2021.134072.