来源:Nano Research Energy 发布时间:2023/6/6 9:35:49
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北理工李翠玲教授:富缺陷晶相/非晶相多孔RuO2纳米颗粒促进酸性析氧

2023年5月15日,北京理工大学李翠玲教授在清华大学出版的高起点新刊Nano Research Energy发表题为“Phase engineering oriented defect-rich amorphous/crystalline RuO2 nanoporous particles for boosting oxygen evolution reaction in acid media”的最新研究成果。

电催化水分解制氢是一种极具潜力的能源转换技术,具有原料简单、无温室气体排放、制氢制氧效率高和产品纯度高等优点,可以缓解当前的能源和环境危机。但是,由于电解水阳极析氧反应(OER)的动力学缓慢,电解水制氢的效率仍然较低。因此,开发高活性的OER电催化剂,对于清洁能源转换至关重要。氧化钌(RuO2是最活泼的OER催化剂之一,它对反应物和氧中间体具有最佳的吸附能,并且在所有贵金属中价格较低。目前,研究人员已从不同方面对RuO2基纳米材料进行了广泛研究,包括形貌调控、晶相调控、电子结构调控和缺陷工程等方面,致力于设计合成OER性能更好的RuO2基纳米材料。

图1. (a) 晶相/非晶相多孔RuO2催化剂的制备流程示意图;(b) 晶相/非晶相多孔RuO2纳米颗粒的SEM图;(c) 晶相/非晶相多孔RuO2纳米颗粒的HRTEM图;(d)多孔RuO2催化剂及相关对比样的性能对比图。

多孔材料具有较大的比表面积、丰富的活性位点和快速的传质效率,在电催化应用中具有巨大的优势,其丰富的凹孔产生的独特表面原子结构在提升催化剂本征活性中发挥着关键作用。近年来,为充分开发并利用多孔材料的结构优势,具有各种形貌、组成和多孔结构的多孔材料被广泛研究。另外,合理地调控催化剂表面原子重排,可以影响电催化剂的晶相结构,产生丰富的配位不饱和位点、缺陷、暴露的原子和活化的边界,进而提升电催化剂的催化活性。其中,晶相/非晶相异相结构催化剂具有双重晶相结构的优势,结晶相结构中的高导电性和非晶相结构中丰富的缺陷协同作用,激发纳米材料的高催化活性。基于此,在多孔结构中巧妙地引入晶相/非晶相异相结构,有望实现优异的电催化性能。

在本工作中,北京理工大学李翠玲教授课题组通过将相工程集成到多孔材料合成中,成功制备了富缺陷的晶相/非晶相多孔 RuO2 (a/c-RuO2) 纳米颗粒。首先通过模板辅助熔盐法合成了初步的无定形 RuO2 多孔颗粒;在退火处理后,获得了具有温度依赖性的多孔 a/c-RuO2 纳米颗粒。a/c-RuO2-200 多孔颗粒在多孔结构和多相结构之间表现出微妙的平衡,得益于其丰富的缺陷、晶界和活性位点的可及性,实现了卓越的 OER 性能。对于酸性介质中的 OER,a/c-RuO2-200 在 10 mAcm−2 的电流密度下表现出 165 mV 的低过电位,在 200 mV 的过电位下表现出高达 133.8 mAmg−1 的高质量活性,超过商业 RuO2 和大多数报道的RuO2

相关论文信息:

Wang C, Geng Q, Fan L, et al. Phase engineering oriented defect-rich amorphous/crystalline RuO2 nanoporous particles for boosting oxygen evolution reaction in acid media. Nano Research Energy, 2023, https://doi.org/10.26599/NRE.2023.9120070.

doi:10.26599/NRE.2023.9120070

Nano Research Energy 是Nano Research姊妹刊,(ISSN: 2791-0091; e-ISSN: 2790-8119; 官网: https://www.sciopen.com/journal/2790-8119)于2022年3月创刊,由清华大学曲良体教授和香港城市大学支春义教授共同担任主编。Nano Research Energy是一本国际化的多学科交叉,全英文开放获取期刊,聚焦纳米材料和纳米科学技术在新型能源相关领域的前沿研究与应用,对标国际顶级能源期刊,致力于发表高水平的原创性研究和综述类论文,已入选2022年度中国科技期刊卓越行动计划——高起点新刊项目。2025年之前免收APC费用,欢迎各位老师踊跃投稿。

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