發布：2024-05-27 14:46 來源：新材料研究所
新聞網訊 近日，木士春教授團隊在高性能酸性水氧化催化劑研究方面取得重要進展，研究成果以“Bicontinuous RuO2 nanoreactors for acidic water oxidation”為題，發表在Nature Communications上。我校材料復合新技術國家重點實驗室為第一通訊單位，博士研究生陳釘等為第一作者，木士春教授為唯一通訊作者。
目前，綠色制氫最大的挑戰之一是需要開發適用于質子交換膜水電解槽（PEMWE）的高性能陽極水氧化反應（析氧反應）催化劑。這是因為水氧化反應動力學緩慢，成為制約整個水電解裝置效率的關鍵因素；此外，除非常昂貴的貴金屬銥（Ir）外，很少有催化劑能夠在惡劣的酸性及持續氧化條件下保持長期穩定性。因此，開發高穩定性和高性價比的非銥基酸性水氧化催化劑一直是PEMWE制氫技術的核心問題。綜合考慮價格、豐富度和活性，金紅石結構的RuO2基催化劑成為PEMWE陽極催化劑的最佳選擇，但其長期穩定性仍不理想。
為此，木士春教授課題組設計了一種由多尺度缺陷RuO2納米晶體及孔隙構成的雙連續RuO2納米反應器。一方面，該納米反應器獨特的結構為催化過程提供豐富的活性位點和快速的電子傳輸能力；另一方面通過多尺度缺陷賦予的大量低配位Ru原子削弱Ru-O相互作用，還可有效抑制晶格氧的氧化和高價Ru的溶解。實驗結果表明，獲得的納米反應器可高效、穩定地驅動酸性水氧化反應，且在PEMWE和集成再生燃料電池系統中展現出穩定和良好的產氫性能。 因此，該工作有效地解決了Ru基催化劑活性和穩定性難以同步提高的科學難題。
這也是木士春教授研究團隊自2024年以來相繼在Angewandte Chemie International Edition（https://doi.org/10.1002/anie.202407577，第一作者：陳釘，博士研究生）、Energy & Environmental Science（2024, 17, 1885，第一作者：陳釘，博士研究生）、Nano Letters（2024, 24, 1015，第一作者：穆雪琴，博士研究生）等國際頂級期刊上發表多個Ru/Ir基催化劑研究成果之后取得的又一重要研究成果。
RuO2納米反應器的透射電鏡三維重構圖
RuO2納米反應器(MD-RuO2-BN)的水氧化及電解水性能
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-48372-4
文：木士春；編輯：曹明；審核：羅小寒