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近日，中國科學院青島生物能源與過程研究所研究員江河清帶領的膜分離與催化研究組與中國海洋大學等單位合作開發(fā)出一種氮摻雜介孔碳負載釕(Ru)單原子和納米團簇催化劑。該催化劑在堿性和酸性條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化析氫性能，能夠在低過電位下實現(xiàn)工業(yè)化水平的大電流密度。
科研人員研究發(fā)現(xiàn)，催化劑中Ru主要以四氮化釕結(jié)構(gòu)以及Ru納米團簇的形式存在，二者之間存在電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。經(jīng)理論計算結(jié)果表明，Ru納米團簇和Ru單原子之間的強電子耦合效應加速了水的解離過程，并且優(yōu)化了金屬對H+的吸附強度，從而提高了催化析氫活性。該催化劑的分等級多孔結(jié)構(gòu)還可以加速反應物到活性位點的傳輸，并及時釋放生成的氫氣。
此外，該工作也探究了催化劑實際工業(yè)化的應用前景，所開發(fā)的催化劑具有比商業(yè)催化劑更高的質(zhì)量活性和更低的制氫成本，展示了其在工業(yè)電解水制氫中的應用潛力，為高通量、低成本析氫電催化劑的設計提供了新的見解和思路。
研發(fā)高效、穩(wěn)定、經(jīng)濟的電催化劑對電解水制氫的發(fā)展十分重要。鑒于Ru具有成本相對低廉和適宜金屬—氫鍵強度的優(yōu)勢，Ru基析氫電催化劑引起了關注，其中構(gòu)建多耦合活性位點已被認為是促進析氫動力學的有效途徑。但是在提高催化劑質(zhì)量活性時，如何同時實現(xiàn)高通量制氫成為催化劑設計的瓶頸問題。
