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哈工大研发钌/碳点催化剂为新能源氢能发展提供新思路
作者:官方 来源:科技日报 所属栏目:团队报道 发布时间:2021-09-24 11:01
[ 导读 ]9月23日从哈尔滨工业大学获悉,材料科学与工程学院周玉院士团队李宝强教授课题组与浙江农林大学孙庆丰教授、李彩彩副教授等人首次...

9月23日从哈尔滨工业大学获悉,材料科学与工程学院周玉院士团队李宝强教授课题组与浙江农林大学孙庆丰教授、李彩彩副教授等人首次发现将富含空位的碳点(CDs)和钌(Ru)结合构建钌/富空位的碳点电催化剂(Ru@CDs),并揭示了强电子结合以改善电催化析氢活性机制。该材料有效拓宽了碳点的应用范围,为新型氢能源高效析氢电催化剂的设计提供了新思路。相关研究成果于9月12日发表在材料领域的重要学术期刊《小》(“Small”)上。

在李保强看来,当今世界新能源的发展迫在眉睫,新能源氢能是目前公认的清洁能源。作为二次能源,氢气的生产依赖于高性能的电催化剂。钌(Ru)由于其金属-氢键强度与铂相似且成本低(价格仅为铂的5%),被认为是铂(Pt)基电催化剂的理想替代品,但Ru的电催化活性有待改进。此外,Ru本身较高的内聚能容易引起团聚,导致其电催化活性降低。可以调节纳米材料物理化学和电子性质的空位工程为提高电催化剂的催化活性提供了解决方案。

针对这些问题,该团队利用空位工程的策略,利用富含空位碳点构建了高性能的钌/富空位碳点析氢催化剂。该材料巧妙地在Ru复合结构中引入了空位,有效降低了Ru纳米颗粒的不稳定性和团聚性,同时可以显著提高其电催化活性。实验结果表明,Ru@CDs 表现出优异的催化性能。此外,该研究通过理论计算表明,空位的存在以及 Ru 和 CDs 之间的电子相互作用协同降低了析氢反应的中间能垒,从而最大限度地提高了 Ru@CDs 电催化剂的活性。

据报道,Ru@CDs 催化剂与商业 Pt/C 催化剂和最近报道的 Ru 基电催化剂相当甚至更好。该研究不仅成功构建了一种高性能的碳点基析氢电催化剂,而且揭示了 Ru 纳米粒子与 CDs 之间的相互作用以及与空位协同提高催化性能的机制,为开发和设计新型碳点基催化剂提供了新思路。同时为清洁新能源氢能的生产提供了助力。

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