Adv. Energy Mater.：相邻簇的 Ru-MnO 异质结构！碱性氢氧化 HOR！
文摘
2024-11-11 08:00
中国香港
设计高效且耐 CO 的阳极氢氧化反应 (HOR) 催化剂是碱性交换膜燃料电池在实际应用中面临的挑战之一。1. 在此，设计了以商业碳 (BP 2000) 为载体的两个相邻簇的 Ru-MnO 异质结构 (表示为 Ru-MnO/C) 来加速碱性 HOR 的缓慢动力学。2. 簇-簇异质结构界面通过将电子从 Ru 转移到 MnO 来改变 Ru 位点的电子结构，然后优化中间体在 Ru 位点上的吸附。因此，该催化剂在碱性介质中表现出高催化 HOR 活性，具有高交换电流密度 (3.71 mA cm-2) 和质量活性 (0.78 A mgRu-1)。3. 同时，碱性交换膜燃料电池在 H2/O2 条件下提供 7.0 W mg-1Ru 的特定峰值功率密度 (PPD)，高于大多数已报道的催化剂。更重要的是，该催化剂还表现出显着的稳定性和 CO 耐受性。这项工作展示了团簇-团簇异质结构界面对高效HOR的优越性，有望进一步启发先进电催化催化剂的设计。综上所述，作者设计并合成了一种具有独特受限界面的 Ru-MnO/C 异质结构催化剂，可用于快速耐用的碱性 HOR 电催化。综合实验和 DFT 计算研究表明，Ru-MnO/C 异质结构对界面的调节优化了 H 和 OH 的吸附能，与单独的 Ru/C、PtCcom 和 RuCcom 催化剂相比，HOR 活性大大提高，交换电流密度和质量活性更高。同时，该催化剂所采用的 AEMFC 在 H2/O2 条件下可提供 7.0 W mg−1Ru 的特定 PPD，高于大多数其他已报道的催化剂。值得注意的是，Ru-MnO/C 催化剂在 1000 ppm CO 下仍能保持卓越的稳定性，与 Ru/C、PtCcom 和 RuCcom 相比，具有更强的抗 CO 能力。作者的工作阐明了簇-簇界面与 HOR 性能之间的相关性，并将进一步启发用于工业应用中潜在的非均相 HOR 催化的先进催化剂的设计。S. Zhang, R. Ren, J. Cao, D. Zhang, J. Bai, C. Han, L. Xiao, L. Zhuang, P. Song, W. Xu, Ru-MnO Heterostructure Clusters Toward Efficient and CO-Tolerant Alkaline Hydrogen Oxidation Reaction. Adv. Energy Mater. 2024, 2404266. https://doi.org/10.1002/aenm.202404266
