创新策略,部分间隙掺入!Angew发表青岛科技大学/台州学院/UNIST最新电化学科研进展!

文摘   2024-12-20 09:31   上海  

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论文拟解决的关键挑战:

想要提高碱性析氢反应(HER)活性,从根本上了解并合理调节潜在的催化位点至关重要,但同样具有挑战性。

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图文简介:

针对上述挑战,青岛科技大学的刘尚果教授、刘希恩教授、台州学院的钟文武教授和蔚山科学技术院(UNIST)的Jaephil Cho教授等人在Angewandte Chemie International Edition发表论文,该团队强调了对碱性HER潜在催化位点的基本认识和合理调节的重要性,还提出了一种部分间隙掺入策略,以解决金属Ru对碱性HER的低活性。

作者表示,尽管在Ru-顶部位点计算的水解离能垒较低、H吸附自由能(ΔG*H)适当,但金属Ru对碱性HER的活性仍然相对较差。这主要是因为与相邻的Ru-空心位点相比,Ru-顶部位点是隐性催化位点,是潜在的H吸附位点,具有很强的ΔG*H

为了促进Ru-顶部位点从隐性催化位点向显性催化位点转变,以甲基硅油(MSO)为硅源,作者在空心位点植入了间隙性Si原子。然而,完全的间隙注入会导致RuSi金属间表面存在较高的水解离能垒。因此,作者提出了一种部分间隙结合策略来形成Ru-RuSi异质结构,该异质结构不仅将Ru-顶部位点从隐性转化为显性催化位点,还保留了Ru表面的低水解离能垒。此外,自发形成的内置电场双向优化了Ru位点的吸附能力,从而大大降低了热力学能垒,增强了碱性HER。

该异质结构具有高活性的分离催化位点,用于水解离和H-H偶联。因此,该催化剂的质量活性为20 A mgRu-1,比工业Pt/C在碱性介质中的质量活性高17倍。

作者证实,通过部分间隙掺杂策略,在主催化剂的结构中添加少量的杂质原子,能够改善催化剂的电子结构,增加活性位点,调节相结构和尺寸,增强催化剂的稳定性。

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