大数跨境

天津大学Appl. Catal. B: Environ.:非平衡策略实现富含堆叠层错Ru纳米粒子的高效电催化水分解

天津大学Appl. Catal. B: Environ.:非平衡策略实现富含堆叠层错Ru纳米粒子的高效电催化水分解 中科精研材料制备技术研究院
2024-11-25
2
点击蓝字|关注我们




导语



可持续能源技术的发展对氢能源的制备提出了更高要求,而电催化水分解技术则因其高效性和环保性备受关注。然而,缓慢的析氢和析氧反应动力学依然是限制技术突破的瓶颈。为了解决这一问题,天津大学韩晓鹏研究员、范彬彬博士采用独特的非平衡合成策略,通过引入堆叠层错结构,实现了高效的电催化水分解性能,并在《Applied Catalysis B: Environmental》期刊上发表了相关研究成果。本研究不仅提出了优化催化性能的新思路,也为酸性环境下高效催化剂的设计提供了理论与实践指导。


论文概要
韩晓鹏研究员范彬彬博士开发了一种结合超快速加热与快速淬火的非平衡合成方法,成功地在钌(Ru)纳米粒子中引入丰富的堆叠层错(SFs)。这种缺陷工程显著优化了钌的晶体电子结构,使其在水分解反应中表现出卓越的催化性能。实验数据显示,富含SFs的Ru纳米颗粒(LN-Ru)在酸性环境中具有优异的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)活性,同时具备良好的长期稳定性。理论计算进一步揭示了堆叠层错及其诱导的连续应变场如何协同提升催化活性。


    图文概览


      1. 快速冷却法引入堆叠层错(图1)

        • 图1a:通过快速冷却和慢速冷却方法的合成路径对比。快速冷却显著提高了堆叠层错的生成效率。

        • 图1b:红外图像与温度-时间曲线显示了钌样品在氩气和液氮中的温度变化。

        • 图1c-e:高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)和选区电子衍射(SAED)模式清晰展现了SFs区域的拉伸和压缩应变,揭示了其对钌电子结构的深远影响。

      2. LN-Ru的显微结构与应变分布(图2)

        • 图2a-d:TEM图像与元素映射揭示了LN-Ru的原子结构及高纯度特性。

        • 图2e-f:几何相位分析(GPA)结果表明,SFs区域的内应变优化了Ru位点的电子转移能力。


      3. 表面性质与化学状态分析(图3)

        • 通过XPS与XAFS技术,研究了LN-Ru的表面性质及化学状态(图3a-f)。

        • 结果显示,LN-Ru的平均氧化态为+0.35,表明其以金属相为主且具有轻微氧化。


      4. 电催化性能测试(图4)

        • LN-Ru的HER和OER性能均表现出卓越的活性,尤其在酸性条件下HER反应动力学优于商用Pt/C催化剂(图4a-c)。


      5. 理论计算支持(图5)

        • 通过DFT计算,明确了SFs和压缩应变的协同效应如何优化Ru活性位点的d带中心,显著提升催化活性。



        总结与展望

      通过非平衡合成策略制备的LN-Ru纳米颗粒展现了卓越的催化性能,这得益于堆叠层错和连续压缩应变的协同作用。研究不仅为优化水分解催化剂提供了重要参考,也为今后设计新型高效电催化剂提供了理论支持。


      深圳中科精研作为国内领先的高温焦耳冲击技术提供商,其超快速加热装置能够精准控制温度变化,广泛应用于材料科学研究与先进功能材料制备。本次天津大学研究中提到的快速加热与冷却技术,其理念与中科精研的超快速加热装置高度契合。中科精研产品不仅能满足科研中的高精度需求,更为催化剂设计与合成提供了灵活高效的解决方案。未来,我们将持续支持科研团队的创新探索,为高效能源技术发展贡献力量。

      欢迎关注我们的公众号或访问官方网站(https://www.zhongkejingyan.com.cn/


      如果您对设备有兴趣,欢迎联系张老师:13121391941







      分享、在看与点赞都在这儿
      点下给小编加点料


    【声明】内容源于网络
    0
    0
    中科精研材料制备技术研究院
    内容 0
    粉丝 0
    中科精研材料制备技术研究院
    总阅读0
    粉丝0
    内容0