武汉大学罗威教授ACS Catalysis：磷诱导钌活化促进氢氧化和析氢电催化- 大数跨境

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武汉大学罗威教授ACS Catalysis：磷诱导钌活化促进氢氧化和析氢电催化

科学材料站

2020-09-28

导读：该工作报道了钌(Ru)的表面电子结构可以通过磷(P)掺杂有效地调制，并在碱性电解质中具有显著提高的催化HOR和HER的性能。

文章信息

磷诱导钌活化促进氢氧化和析氢电催化

第一作者：赵元萌，王雪微

通讯作者：罗威*

单位：武汉大学

研究背景

随着氢能经济的快速发展，包括电解水制氢的析氢反应（HER）和氢气在燃料电池阳极发生氧化的反应（HOR）在内的氢电极反应越来越受到人们的关注。因此，探究高效且低廉的电催化剂用于氢电极反应是非常必要的。

最近，由于阴离子交换膜(AEMs)和高效的非铂族金属电催化剂在碱性介质下氧电极反应的发展，其中包括氧还原(ORR)和析氧反应(OER)，相应的阴离子交换膜基燃料电池(AEMFCs)和电解槽作为质子交换膜基装置的有希望的替代品而出现。然而，由于反应动力学缓慢，稀有且高成本的铂(Pt)仍然被认为是HOR/HER的最有效的电催化剂，这严重限制了其广泛应用。

此外，与酸性电解质相比，HOR和HER在碱性电解质中的反应动力学总是比酸性中慢大约两到三个数量级，然而，其原因仍具有争议。因此，探索高效且经济的碱性HOR/HER电催化剂并了解其催化机理是非常重要的，但仍然是一项挑战。

文章简介

近日，武汉大学罗威教授在国际顶级期刊ACS catalysis(影响因子：12.350) 上发表题为“Phosphorus-Induced Activation of Ruthenium for Boosting Hydrogen Oxidation and Evolution Electrocatalysis”的研究工作。

该工作报道了钌(Ru)的表面电子结构可以通过磷(P)掺杂有效地调制，并在碱性电解质中具有显著提高的催化HOR和HER的性能。通过控制磷的量，所得的P-Ru/C显示出优异的催化活性，在HOR中，归一化后实现了0.72 mA cm-2的交换电流密度和0.43 mA µg-1的质量活性，分别比Ru/C高约5倍和3.5倍，甚至比商业Pt/C高2倍。

此外，在HER中，与Ru/C相比，P-Ru/C在50mV归一化后质量活性可以实现6倍的提高。