黄小青/李有勇ACS Nano: Ru基材料相工程起大作用！实现高性能双功能氢催化

2022年9月10日上午4:09 • 顶刊解读

过渡金属的物理化学性质和催化性能具有高度的相依赖性。Ru基纳米材料是析氢反应(HER)和氢氧化反应(HOR)的优良催化剂，但目前研究大多局限于传统的Ru-六方密排(hcp)，原因主要是由于难以合成纯的Ru-面心立方相(fcc)。

基于此，厦门大学黄小青和苏州大学李有勇等通过胶体法制备了MoO_x改性的纯fcc相Ru纳米树枝状大分子(MoO_x-Ru fcc)，然后通过相变得到MoO_x-Ru hcp，以研究双功能HER和HOR的晶体相依赖性催化。

电化学测量表明，MoO_x-Ru fcc和MoO_x-Ru hcp表现出很强的相依赖性催化性能。在1.0 M KOH 和0.5 M H₂SO₄溶液中，MoO_x-Ru fcc在10 mA cm^-2电流密度下的HER过电位分别为20 mV和15 mV，远低于MoO_x-Ru hcp(34 mV和26 mV)；

对于HOR，MoO_x-Ru fcc上的交换电流密度也大于MoO_x-Ru hcp，并且MoO_x-Ru fcc还具有更高的稳定性。因此，MoO_x-Ru的HER和HOR性能高度依赖于相，具有fcc结构的Ru显著优于hcp相。

密度泛函理论(DFT)计算表明，当用MoO_x对Ru进行修饰时，Ru fcc相呈现出比Ru hcp相更优异的结构稳定性；与fcc相的(111)表面上的相比(ΔG_H=-0.67 eV，ΔG_OH=-0.20 eV)，在hcp相的(101)表面上质子和羟基表现出过强的吸附(ΔG_H=-1.57 eV，ΔG_OH=-2.13 eV)，并且在MoO_x的改性作用下，降低了fcc相(111)表面上的质子和羟基吸附，提高了HER和HOR催化性能。

这项工作突出了相工程在构建高效电催化剂中的重要性，并为开发其他金属基材料的相工程以实现多样化的应用提供了指导。

Phase Engineering of a Ruthenium Nanostructure toward High-Performance Bifunctional Hydrogen Catalysis. ACS Nano，2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c05776

黄小青/李有勇ACS Nano: Ru基材料相工程起大作用！实现高性能双功能氢催化

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