原創 怪咖 催化開天地 2022-06-22
由于高過電勢，水電解制氫受到高能耗的極大限制，迫使人們不得不開發能夠有效催化水分解反應的催化劑。然而，目前大多數過渡金屬基催化劑只能在堿性環境中使用，因為它們大多在酸性和高氧化環境中不穩定，而且用途單一。因此，尋找在寬pH范圍內具有高析氫和析氧反應動力學的穩定雙功能催化劑是一個巨大的挑戰。基于此，武漢理工大學木士春課題組進行了雙功能Ru@MoO(S)3設計并構建了適用于寬pH范圍的納米膠囊結構電催化劑，其中Ru納米粒子包裹在硫調制的氧化鉬(MoO(S)3)殼中。
這種多合一的集成使Ru保留了固有的催化活性和快速的傳質過程，同時防止了Ru的電化學氧化，從而保證了可回收性。特別地，Ru@MoO(S)3在10 mA cm-2的電流密度下驅動0.5 M H2SO4和1 M KOH中的水分解僅需1.522 V和1.526 V電池電壓分別具有接近100%的法拉第效率。
這是首次報道催化劑在酸性和堿性介質中具有幾乎相同的水分解活性，并且顯著超過了商業 Pt/C和RuO2催化劑。電化學阻抗譜數據表明，Ru@MoO(S)3在OER中的Rct最小，在HER中非常接近Pt/C，表明Ru@MoO(S)3具有更快的OER和HER電子轉移過程；此外，在24 h恒流水分解試驗中，Ru@MoO(S)3的電流密度衰減非常小。因此，該工作進一步豐富了通用水電解催化劑的研究體系，為開發先進的酸性質子交換膜和堿性陰離子交換電解槽等高效儲能轉換裝置提供了指導。
Anion-modulated Molybdenum Oxide Enclosed Ruthenium Nano-capsules with Almost the Same Water Splitting Capability in Acidic and Alkaline Media. Nano Energy, 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107445