官方网站-首页

【导语】在当前“双碳”政策推动下，碱性氢氧化反应（HOR）成为氢能高效利用的研究热点。近期，中国科学院合肥物质院强磁场科学中心与安徽大学的合作团队，在稳态强磁场实验装置（SHMFF）的电子顺磁共振测量技术（ESR）支持下，针对碱性氢氧化反应催化剂性能展开深入研究。他们通过调控Ru催化剂的局部电子结构，实现了性能显著提升，相关成果发表于Nano Letters。该研究不仅为Ru催化剂替代Pt催化剂提供了可能，还为碱性氢氧化反应催化剂的研究开辟了新思路。

在当前“双碳”政策的背景下，碱性氢氧化反应（HOR）作为氢能高效利用的重要途径，受到广泛关注。近日，中国科学院合肥物质院强磁场科学中心王辉研究员、郑方才项目研究员与安徽大学罗齐全教授合作，依托稳态强磁场实验装置（SHMFF）电子顺磁共振测量技术（ESR），开展了碱性氢氧化反应催化剂性能的研究，提出了通过Ru-O界面结构调控Ru催化剂局部电子结构的策略，实现了碱性氢氧化反应性能的提升，相关研究成果发表在Nano Letters上。

Ru作为最具成本效益的铂族金属，有望替代Pt催化剂应用于碱性氢氧化反应。然而，Ru催化剂表面活性位点容易吸附电解质中的H*和OH*，这会阻碍碱性氢氧化反应中H*的解吸附过程，进而减缓碱性氢氧化反应的速率。

针对这一科学问题，本研究通过MnO晶格限域Ru催化剂，构建了高效稳定的碱性氢氧化反应活性位点‌。团队借助ESR证实了界面Ru-O键的形成。这一形成优化了界面局域电子结构，导致界面Ru原子的d带中心下移‌，实现了对H*和OH*吸附的优化，从而降低了H₂O的形成能垒‌。该催化剂在0.1 M KOH电解液中展现出1.26 mA μg⁻¹Ru的质量活性，分别高于对比样品Ru/C（0.097 mA μg⁻¹Ru）和商业Pt/C（0.158 mA μg⁻¹Pt）质量活性的13.0倍和8.0倍‌。同时，该催化剂还表(biǎo)现(xiàn)出(chū)优(yōu)异(yì)的(de)耐(nài)久(jiǔ)性(xìng)和(hé)CO抗(kàng)毒(dú)性(xìng)‌。

该(gāi)研(yán)究(jiū)为(wèi)碱(jiǎn)性(xìng)氢(qīng)氧(yǎng)化(huà)反(fǎn)应(yīng)催(cuī)化(huà)剂(jì)研(yán)究(jiū)提供了新思路，展示了界面电子结构调控在增强Ru催化剂于(yú)碱(jiǎn)性(xìng)氢(qīng)氧(yǎng)化(huà)反(fǎn)应(yīng)活(huó)性(xìng)中(zhōng)的(de)关键作(zuò)用(yòng)‌。

该(gāi)项(xiàng)研(yán)究(jiū)获(huò)得(de)了(le)国(guó)家(jiā)重(zhòng)点(diǎn)研(yán)发(fā)计(jì)划(huà)、国(guó)家(jiā)自(zì)然(rán)科(kē)学(xué)基(jī)金(jīn)项(xiàng)目、安徽省自然科学基金项目、合肥物质院院长基金拔尖培育计划、中国科学院合肥科学中心协同创新项目、强磁场安徽省实验室等的资助。

图. 理论计算模拟Ru催化剂表面电子结构及氢氧化反应性能。