on style="white-space: normal; margin-bottom: 20px; line-height: 1.75em; margin-left: 8px; margin-right: 8px;">由各種可再生能源提供動(dòng)力的水分解產(chǎn)生的氫氣被認(rèn)為是一種可持續(xù)和清潔的能源替代品，可替代不可再生、儲(chǔ)量少且對(duì)環(huán)境不友好的化石燃料。在已知的電催化劑中，鉑族金屬和合金表現(xiàn)出優(yōu)異的析氫反應(yīng)（HER）活性，例如Pt/C是HER的基準(zhǔn)電催化劑，而Ru納米粒子已被證明是用于析氫反應(yīng)(HER)的高活性電催化劑。目前，大多數(shù)具有高活性的基于Ru納米顆粒的HER電催化劑是由雜原子摻雜的碳底物支撐的，很少有具有大帶隙(大于5 eV)的金屬氧化物作為Ru納米粒子的基底用于HER。
基于此，韓國(guó)蔚山國(guó)立科學(xué)技術(shù)研究院Jaephil Cho和青島科技大學(xué)劉希恩、秦清等開(kāi)發(fā)了一種由Ru納米顆粒和Vo-HfO2組成的高效電催化劑，用于堿性電解質(zhì)中的HER，其中，Ru納米粒子和HfO2之間的相互作用是決定HER活性的關(guān)鍵因素。當(dāng)1.0 M KOH溶液作為電解質(zhì)時(shí)，VO-Ru/HfO2-OP在所研究的樣品中表現(xiàn)出最好的催化活性，對(duì)應(yīng)于10 mA cm-2的測(cè)量過(guò)電勢(shì)為39 mV，甚至接近最先進(jìn)的Pt/C；VO-Ru/HfO2-OP的較低Tafel斜率和較高數(shù)量的Ru-O-Hf鍵突出了氫析出動(dòng)力學(xué)的有效促進(jìn)，VO-Ru/HfO2-OP還顯示出超高質(zhì)量的活性，分別是商業(yè)Pt/C和Ru/C的約20倍和17倍。密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，通過(guò)控制Ru-O-Hf鍵的數(shù)量可以增強(qiáng)Vo-Ru/HfO2-OP的HER活性，而Ru納米粒子的大小與Ru-O-Hf鍵的數(shù)量成反比。負(fù)載在HfO2催化劑上的Ru具有更多的Ru-O-Hf鍵和VO可以顯著破壞H-OH鍵以加速水離解的能壘。此外，強(qiáng)大的金屬-載體相互作用可優(yōu)化氫吸附和解吸的能量，這些現(xiàn)象使VO-Ru/HfO2-OP在堿性電解質(zhì)中催化析氫的活性增強(qiáng)和良好動(dòng)力學(xué)合理化。該研究結(jié)果可用于改進(jìn)用于各種可再生能源轉(zhuǎn)換裝置的高性能催化劑的設(shè)計(jì)和制造。The Synergistic Effect of Hf-O-Ru Bonds and Oxygen Vacancies in Ru/HfO2 for Enhanced Hydrogen Evolution. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-28947-9
