木士春/刘苏莉Adv. Sci.: 花状非晶态Ru SAs-MoO3?x，用于全水/海水高效分解
慕瑾 催化开天地 2023-06-11 08:31 发表于广东
电化学水电解，利用淡水或含盐地表水(如海水介质)作为原料生产绿色氢气能够有效缓解能源和环境问题。然而，析氧反应(OER)和析氢反应(HER)的缓慢动力学导致极高的电位，因此需要高效催化剂来降低过电位。单原子催化剂(SACs)具有高的原子利用率、尺寸特殊、活性中心量子化等优点，已成为水分解双功能催化剂的理想选择。此外，由于其独特的结构和性能，一些非晶材料在电催化分解水方面具有比晶体材料更好的性能。
基于此，武汉理工大学木士春和南京晓庄学院刘苏莉等设计并制备了一种非晶态氧化钼负载的单原子Ru催化剂(Ru SAs-MoO3?x/NF)。其中，Ru SAs-MoO3?x/NF表现出三维花状结构、无定形特征和Ru单原子均匀分布等特征，这赋予了材料较大的表面积和较多的催化活性中心，从而促进了电化学水分解的传质动力学。
电化学性能测试结果显示，所制备Ru SAs-MoO3?x/NF电极具有较大的表面积、较高的效能和较快的反应动力学，能够有效地驱动碱性介质中的析氧反应(209 mV@10 mA cm?2)和析氢反应(36 mV@10 mA cm?2)；并且利用Ru SAs-MoO3?x/NF组装的电解槽只需要1.487 V 的超低电池电压就可以提供10 mA cm?2的电流密度。
此外，该电极在碱性海水电解中也具有很大的应用潜力，在1.759 V的低电池电压下电流密度可达100 mA cm?2，并且其在碱性海水介质中还具有优异的稳定性。总之，这项工作为合理设计和开发具有优异性能的淡水和海水分解催化剂提供了新的思路。Flower-Like Amorphous MoO3?x Stabilized Ru Single Atoms for Efficient Overall Water/Seawater Splitting. Advanced Science, 2023. DOI: 10.1002/advs.202300342