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【研究背景】
水分解是一個熱力學上坡的過程，陰極的析氫反應（HER）和陽極的析氧反應（OER）都需要高過電位，因此電解水反應中通常需要較高催化活性的雙功能催化劑。釕基催化劑具有與鉑相當的金屬氫鍵強度且價格低得多，被認為是最有前途的鉑替代品之一。先前的研究表明，Ru基催化劑的催化活性取決于其電子結構并且目前人們已開發出多種手段改善其電子結構，但目前在工業級電流密度下的電化學水分解催化活性仍遠未達到預期，這也被認為是釕基催化劑廣泛應用的關鍵挑戰。
【工作介紹】
近日，上海大學趙玉峰團隊提出了一種新型電催化劑，其極少量（0.85 wt%）的 Ru 納米團簇通過牢固的 Cr-O-Ru 鍵錨定在 Cr 摻雜的鐵金屬有機框架（Ru@Cr-FeMOF）上。并且發現這種結構有利于快速電子轉移并操縱Ru位點的最高占據d軌道和d帶中心，有利于析氧反應（OER）和析氫反應（HER）催化。所制備的催化劑在堿性溶液中表現出優異的反應活性，HER反應活性為21 mV@10 mA?cm-2，OER反應活性為230 mV@50 mA cm-2，并組裝為全解水裝置可在工業級電流密下獲得了1.72 V@1000 mA cm-2的全解水性能。該文章發表于Advanced Functional Materials上，文章第一作者為上海大學碩士研究生趙晨妃，通訊作者為上海大學趙玉峰教授和魯雄剛教授。
【內容表述】
1. Ru@Cr-FeMOF的合成及結構表征
本文利用兩步水熱法制備了極低Ru含量(0.85 wt%)的新型雙功能HER/OER催化劑結合TEM、XPS、XANES和EXAFS等相關表征結果得出結論，Cr摻雜可以通過Ru-O-Cr鍵增強金屬與載體之間的相互作用，從而導致Ru納米團簇的均勻分散，同時所形成的Ru-O-Cr鍵可以有效地調節局部Fe和Ru位點的電子結構。證明Cr摻雜FeMOF有利于Ru納米團簇的限域生長和均勻分布(1.2~2.2nm）。
