木士春/劉蘇莉Adv. Sci.: 花狀非晶態Ru SAs-MoO3?x，用于全水/海水高效分解
慕瑾 催化開天地 2023-06-11 08:31 發表于廣東
電化學水電解，利用淡水或含鹽地表水(如海水介質)作為原料生產綠色氫氣能夠有效緩解能源和環境問題。然而，析氧反應(OER)和析氫反應(HER)的緩慢動力學導致極高的電位，因此需要高效催化劑來降低過電位。單原子催化劑(SACs)具有高的原子利用率、尺寸特殊、活性中心量子化等優點，已成為水分解雙功能催化劑的理想選擇。此外，由于其獨特的結構和性能，一些非晶材料在電催化分解水方面具有比晶體材料更好的性能。
基于此，武漢理工大學木士春和南京曉莊學院劉蘇莉等設計并制備了一種非晶態氧化鉬負載的單原子Ru催化劑(Ru SAs-MoO3?x/NF)。其中，Ru SAs-MoO3?x/NF表現出三維花狀結構、無定形特征和Ru單原子均勻分布等特征，這賦予了材料較大的表面積和較多的催化活性中心，從而促進了電化學水分解的傳質動力學。
電化學性能測試結果顯示，所制備Ru SAs-MoO3?x/NF電極具有較大的表面積、較高的效能和較快的反應動力學，能夠有效地驅動堿性介質中的析氧反應(209 mV@10 mA cm?2)和析氫反應(36 mV@10 mA cm?2)；并且利用Ru SAs-MoO3?x/NF組裝的電解槽只需要1.487 V 的超低電池電壓就可以提供10 mA cm?2的電流密度。
此外，該電極在堿性海水電解中也具有很大的應用潛力，在1.759 V的低電池電壓下電流密度可達100 mA cm?2，并且其在堿性海水介質中還具有優異的穩定性。總之，這項工作為合理設計和開發具有優異性能的淡水和海水分解催化劑提供了新的思路。Flower-Like Amorphous MoO3?x Stabilized Ru Single Atoms for Efficient Overall Water/Seawater Splitting. Advanced Science, 2023. DOI: 10.1002/advs.202300342