巧妙掺杂诱导！JACS发表浙江大学最新电化学科研进展！

文摘 2024-09-15 09:30 北京

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论文拟解决的关键挑战：

对于可再生电力驱动的质子交换膜水电解(PEMWE)而言，想要实现可持续和高效制氢，开发一种高活性和稳定的析氧反应(OER)电催化剂是必要条件，但具有挑战性。与含贵金属的IrO₂相比，RuO₂的成本更低，OER活性更高，但Ru在酸性介质、高电位下会发生溶解，稳定性较差。

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图文简介：

针对上述挑战，浙江大学的张兵教授团队在Journal of the American Chemical Society发表论文，该团队通过加入Pt来调整低含量Ru掺杂Co₃O₄的电子结构，构建了一种具有超低贵金属负载的Pt/Ru共掺杂尖晶石钴氧化物(PtRu-Co₃O₄)电催化剂，用于酸性整体水分解。PtRu-Co₃O₄表现出优异的催化活性(在100 mA cm^-2时为1.63 V)和出色的稳定性，在100小时的运行中没有明显的性能下降。

Pt掺杂不仅诱导电子转移使Ru和Co具有低价态，防止Ru和Co原子在高电流密度下过度氧化，还优化了OER和HER势垒，提高了水裂解的催化性能。

实验分析和理论计算表明，Pt掺杂可以诱导电子向Ru掺杂的Co₃O₄转移，优化氧中间体的吸收能量，稳定金属-氧键，从而通过吸附演化机制提高催化性能。

当集成到PEMWE中时，在大幅降低贵金属负载量的情况下，电解槽仅需要1.83 V的槽电压即可达到1.0 A cm^-2的电流密度。

本研究展示了一种强大的酸性整体水裂解催化剂，具有在实际PEMWE中大规模制氢的巨大潜力，并为通过原子掺杂诱导的电子结构工程提高低负载钴尖晶石氧化物的催化性能提供了有效的策略。

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