郭少军/骆明川Nat. Commun.：晶格Pb钉扎效应抑制晶格氧活性实现稳定工业级电解水
学术
2024-11-14 09:10
上海
Ru是质子交换膜水电解槽（PEMWE）中替代Ir阳极电催化剂的价格便宜产品。但是，报道的Ru催化剂PEMWE寿命只有几十小时，这是因为固有的晶格氧反应性非常高，导致不可抑制的Ru金属元素溶解以及晶体结构的坍塌。有鉴于此，北京大学郭少军教授、骆明川等报道采用大尺寸的耐酸性Pb设计理念。通过诱导钉扎效应，能够缩小氧原子的传输通道，降低Ru氧化物的晶格氧反应性。要点1. Pb-RuO2催化剂在10 mA cm-2具有188±2 mV的低过电位，可以在酸性环境超过1100 h，降解率可忽略不计，为19μV h-1。要点2. 构筑的Pb-RuO2 PEMWE可以在500 mA cm-2稳定的运行超过250 h，且降解率仅为17μV h-1。实验和理论计算结果表明，由于独特的6s-2p-4d轨道杂化，Ru-O共价性降低，这增加了晶格氧的损失能，抑制了Ru的过度氧化，从而提高了PEMWE的长期稳定性。Zhou, C., Li, L., Dong, Z.et al. Pinning effect of lattice Pb suppressing lattice oxygen reactivity of Pb-RuO2 enables stable industrial-level electrolysis. Nat Commun 15, 9774 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-53905-yhttps://www.nature.com/articles/s41467-024-53905-y
