在當(dāng)前“雙碳”政策的背景下，堿性氫氧化反應(yīng)（HOR）作為氫能高效利用的重要途徑，受到廣泛關(guān)注。近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心王輝研究員、鄭方才項(xiàng)目研究員與安徽大學(xué)羅齊全教授合作，依托穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置（SHMFF）電子順磁共振測(cè)量技術(shù)（ESR），開展了堿性氫氧化反應(yīng)催化劑性能的研究，提出了通過Ru-O界面結(jié)構(gòu)調(diào)控Ru催化劑局部電子結(jié)構(gòu)的策略，實(shí)現(xiàn)了堿性氫氧化反應(yīng)性能的提升，相關(guān)研究成果發(fā)表在Nano Letters上。

Ru作為最具成本效益的鉑族金屬，有望替代Pt催化劑應(yīng)用于堿性氫氧化反應(yīng)。然而，Ru催化劑表面活性位點(diǎn)容易吸附電解質(zhì)中的H*和OH*，這會(huì)阻礙堿性氫氧化反應(yīng)中H*的解吸附過程，進(jìn)而減緩堿性氫氧化反應(yīng)的速率。

針對(duì)這一科學(xué)問題，本研究通過MnO晶格限域Ru催化劑，構(gòu)建了高效穩(wěn)定的堿性氫氧化反應(yīng)活性位點(diǎn)?。團(tuán)隊(duì)借助ESR證實(shí)了界面Ru-O鍵的形成。這一形成優(yōu)化了界面局域電子結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致界面Ru原子的d帶中心下移?，實(shí)現(xiàn)了對(duì)H*和OH*吸附的優(yōu)化，從而降低了H?O的形成能壘?。該催化劑在0.1 M KOH電解液中展現(xiàn)出1.26 mA μg?1_Ru的質(zhì)量活性，分別高于對(duì)比樣品Ru/C（0.097 mA μg?1_Ru）和商業(yè)Pt/C（0.158 mA μg?1_Pt）質(zhì)量活性的13.0倍和8.0倍?。同時(shí)，該催化劑還表現(xiàn)出優(yōu)異的耐久性和CO抗毒性?。

該研究為堿性氫氧化反應(yīng)催化劑研究提供了新思路，展示了界面電子結(jié)構(gòu)調(diào)控在增強(qiáng)Ru催化劑于堿性氫氧化反應(yīng)活性中的關(guān)鍵作用?。

該項(xiàng)研究獲得了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、安徽省自然科學(xué)基金項(xiàng)目、合肥物質(zhì)院院長基金拔尖培育計(jì)劃、中國科學(xué)院合肥科學(xué)中心協(xié)同創(chuàng)新項(xiàng)目、強(qiáng)磁場(chǎng)安徽省實(shí)驗(yàn)室等的資助。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c06285

圖. 理論計(jì)算模擬Ru催化劑表面電子結(jié)構(gòu)及氫氧化反應(yīng)性能。