青科大王磊教授、徐广蕊副教授JMCA：Rh 原子修饰的PtRh0.02@Rh 纳米线实现乙二醇辅助电解水/海水制氢的高效催化

第一作者：姜雪

通讯作者：徐广蕊*，王磊*

单位：青岛科技大学

乙二醇 (EG) 的电化学氧化有利于替代热力学中缓慢的析氧反应 (OER) ，既可以实现节能析氢，又可以生产高价值的乙醇酸化工产品。在这一理念的指导下，通过控制设计合成Rh原子修饰PtRh纳米线 (PtRh_0.02@Rh NWs) ，在析氢反应 (HER) 和乙二醇氧化反应 (EGOR) 中均表现出优异的催化性能。

基于此，青岛科技大学的王磊教授与徐广蕊副教授合作，在国际知名期刊Journal of Materials Chemistry A上发表题为“Decoupled Hydrogen Evolution from Water/Seawater Splitting by Integrating Ethylene Glycol Oxidation on PtRh_0.02@Rh Nanowires with Rh Atoms Modifying”的论文。

该论文通过使用无机金属原子界面修饰策略合成了PtRh_0.02@Rh NWs催化剂，最大限度激活了催化剂活性位点数量，提高催化剂的催化活性，促进了水的还原和乙二醇的氧化，实现了绿色氢能的节能制备和乙二醇的高价值酸化。证实在Pt纳米线表面修饰Rh原子可引发有效的应变效应，为设计高效耐用的双功能催化剂开辟了新的策略。

图1. 在Pt 纳米线表面修饰Rh原子可以促进水的还原和乙二醇的氧化。

通过简单的一步溶剂热还原来降低金属前体的还原速率合成了密集分布的超细PtRh_0.02@Rh NWs纳米线。由于特殊的一维结构和Rh原子表面修饰暴露出较高的比表面积，有效地提高了Pt和Rh原子的利用率，同时，一维纳米线构建的三维网络结构有效地抑制了纳米线的聚集，从而实现了催化剂的高稳定性。

图2. PtRh_0.02@Rh NWs的形貌结构表征。

要点二：催化剂PtRh_0.02@Rh NWs在水/海水中的HER和EGOR催化活性

所获得的 PtRh_0.02@Rh NWs 在碱性水和海水电解质中表现出优异的 HER 性能，其过HER电势分别为30.6 和 45.8 mV，Tafel 斜率为 39.1 和 39.5 mV dec^-1 的，同时，对EGOR 的峰电流密度为 1.25 和 1.17 A mg^-1，显著优于商业化铂黑 (JM-Pt black)  (overpotential=122.3/192.4 mV, Tafel slopes= 77.3/158.3 mV dec^-1; mass activity for EGOR= 0.62 /0.11 A mg^-1) 。并且，由于压缩应变引发的应力效应和Pt、Rh d-带中心电子结构变化，提高了PtRh_0.02@Rh NWs的抗CO毒化能力。

图3. 催化剂PtRh_0.02@Rh NWs在水/海水中的HER和EGOR催化性能。

要点三：催化剂PtRh_0.02@Rh NWs的HER/EGOR耦合反应性能

当使用 PtRh_0.02@Rh NWs 作为阴极HER和阳极EGOR的催化材料时，要达到10 mA cm^-2的电流密度，PtRh_0.02@Rh NWs (HER) ‖ PtRh_0.02@Rh NWs (EGOR) 仅需0.66 V的槽电压，远小于 PtRh_0.02@Rh NWs (HER) ‖ PtRh_0.02@Rh NWs (OER) 电解槽(1.57 V)。同时，电化学原位傅里叶变换红外光谱结果表明，合成的PtRh_0.02@Rh NWs在乙二醇脱氢形成C2中间体时促进了高价值乙醇酸的产生。

图4. 催化剂PtRh_0.02@Rh NWs的HER/EGOR耦合反应性能。

要点四：前瞻

金属共掺杂产生的界面应变效应有效地调节了电子结构，有助于引入杂原子活性中心并诱导晶格应变，从而获得优异的电催化性能。由此，合成的独特核壳结构和双金属协同效应的纳米线提高了在水和海水中的电催化性能，为设计高效耐用的双功能催化剂开辟了新的思路。

“Decoupled Hydrogen Evolution from Water/Seawater Splitting by Integrating Ethylene Glycol Oxidation on PtRh_0.02@Rh Nanowires with Rh Atoms Modifying”

王磊教授简介：山东省杰青，泰山学者青年专家，青岛科技大学崂山学者，博士生导师。2006年博士毕业于吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室，同年来青岛科技大学工作至今。长期从事绿色能源相关领域研究，包括能源储存与转换材料、光电催化、超分子化学、金属-有机配位聚合物、有机-无机杂化材料等，先后合成出来首例微孔亚磷酸铍和首例具有三棱镜结构的高稳定金属有机钠盐。

已在Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Adv. Enery Mater., Adv. Funct. Mater., Energy Storage Mater., Nano Energy, ACS Cent. Sci，Appl. Catal. B: Environ., J. Mater. Chem. A, Sci. China. Chem.、中国科学、科学通报等国内外重要学术期刊上发表SCI论文二百余篇, 其中通讯作者影响因子大于10.0的论文六十余篇。

主持国家级和省部级项目十余项，首位获得中国石油和化学工业联合会科技进步奖、山东省高等学校科学技术奖共六项。

徐广蕊副教授简介：青岛科技大学特聘副教授，主要研究方向包括燃料电池阴、阳极，高效电解水及高性能电化学合成氨催化剂的设计、合成及相关机理研究。迄今在Adv. Funct. Mater., ACS Catal.，Chem. Sci.，J. Mater. Chem. A等国际著名期刊发表SCI收录的论文二十余篇；另有1篇论文入选ESI高被引论文 (ACS Catal.2017, 7, 452)，获授权中国发明专利2项。

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