InfoMat團隊 InfoMat 2020-9-27
相比于傳統的化石能源制氫模式，電解水制氫被認為是最具發展遠景的一種制氫技術，但其陽極析氧反應(OER)的動力學非常緩慢，而且催化材料通常在酸性條件下不穩定。這些科學問題已成為制約酸性電解水制氫技術廣泛應用的瓶頸。目前，常用的析氧催化劑是二氧化銥（IrO2）和二氧化釕（RuO2）。雖然它們均為貴金屬催化劑，但與IrO2相比，RuO2除具有較高的析氧催化活性外，其價格相對低廉（Ru價格只有鉑4%左右），但其穩定性亟待提高。
近日，武漢理工大學木士春課題組借助離子熱方法首次合成出了具有較高穩定性的二硼化釕（RuB2）雙功能催化劑。當將合成的催化劑應用于酸性電解水析氧半反應時，達到10 mA cm-2的析氧電流密度只需要223 mV 的過電位。DFT理論計算研究進一步證實，相較于RuO2, RuB2具有更低的催化活化能，從而擁有更高的OER催化活性。此外，由于RuB2晶體結構中不存在晶格氧，從而有效避免了晶格氧參與氧析出，進而提高了其析氧穩定性。同時，RuB2也展現出較高的酸性析氫活性和穩定性，達到10 mA cm-2的析氫電流密度僅需52 mV的過電位。將其作為雙功能催化劑組裝成電解槽進行全解水測試時，發現達到10 mA cm-2的電流密度僅需1.525 V的超低電壓。該項研究成果可為高性能Ru基酸性OER催化劑的設計和構筑提供指導。
圖1. RuB2的合成示意圖。
該文章第一作者為武漢理工大學碩士研究生陳釘及西南大學博士研究生劉婷婷。武漢理工大學木士春教授和蒲宗華博士為本文共同通訊作者。該項研究獲得了國家自然科學基金（No.51672204）及國家重點研發計劃（No.2016YFA0202603）等項目的支持。相關工作以 “Ionothermal Route to Phase-Pure RuB2 Catalysts for Efficient Oxygen Evolution and Water Splitting in Acid Media”為題發表在ACS Energy Letters (影響因子：19.01) 上（DOI: 10.1021/acsenergylett.0c01384）。