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高温冲击法创新:该团队采用高温冲击(HTS)方法,制备了电子缺陷型Ru纳米催化剂和氧化碳纳米管(O-CNT)之间的强稳定电子金属-载体相互作用(EMSI),实现了高效稳定的碱性HER。 -
性能卓越:Ru/O-CNT催化剂在碱性HER中展现出卓越的性能,仅需10 mV的过电位即可达到10 mA cm⁻²的电流密度,并在50 mV下展现出2.96 s⁻¹的卓越周转频率(TOF),优于大多数报道的Ru基催化剂和基准Pt/C电催化剂。
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催化剂制备与表征:通过硝酸预处理CNT生成氧官能化表面(O-CNT),随后通过浸渍-冷冻干燥法吸附Ru³⁺前驱体,最终通过HTS方法生成Ru纳米簇负载的O-CNT。 -
电子结构优化:Ru纳米簇通过Ru-O-C键强烈锚定在O-CNT载体上,促进了从Ru到O-CNT载体的电子转移,增强了EMSI,优化了H*中间体的吸附能。
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图1:展示了Ru/O-CNT电催化剂的合成流程和HTS过程中温度的快速变化,以及XRD图谱和TEM图像,证实了Ru纳米簇的高分散性和较小的颗粒尺寸。
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图2:通过XPS和XANES光谱,比较了Ru/O-CNT、Ru箔和RuO₂的吸收边位置,揭示了Ru的电子缺陷状态。
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图3:展示了Ru/O-CNT在碱性HER中的卓越性能,包括LSV极化曲线、Tafel曲线和EIS Nyquist图。
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图4:通过原位ATR-SEIRAS光谱,显示了不同电位下Ru/CNT和Ru/O-CNT界面水分子振动的变化。
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图5:DFT计算分析了Ru/O-CNT与Ru/CNT的电子转移情况,以及Ru d轨道中心位置的变化。
图6:AEMWE性能测试,展示了Ru/O-CNT基AEMWE的低电池电压和长期稳定性。

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