应用成果

【背景介绍】

       电催化裂解水/海水作为一种有效地制氢方法近年来受到了广泛的关注。目前，铂基电催化剂因其合适的氢吸附自由能和优异的产氢活性被认为是高效的产氢电催化剂。然而，铂基电催化剂的稀缺性限制了其工业化的应用。研究表明在碱性溶液中进行电催化海水分解时，电位低于 1.72 VRHE 可以有效的降低析氯反应（CER）的发生。因此，开发一种高效稳定的碱性水/海水电催化剂十分重要。

【内容简介】

        日前，中国海洋大学化学化工学院海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室的孟祥超教授课题组在JMCA上发表了题为“Ultrafast carbothermal shocking fabrication of cation vacancy-rich Mo doped Ru nanoparticles on carbon nanotubes for high-performance water/seawater electrolysis”的研究文章, 作者通过快速碳热冲击的方法在碳纳米管上合成了富含阳离子空位的Mo掺杂的Ru纳米颗粒（Mo-Ru/CNTs）电催化剂。与管式炉加热方法不同，快速碳热冲击的方法可以形成丰富的晶格紊乱、大量的Ru空位。理论计算表明，Ru空位和Mo的掺杂可以调节Ru纳米颗粒Ru-Ru键，优化d轨道电子结构，进而优化H*的吸附。此外，CNT 还能保护Ru位点，提高电催化产氢过程的中的稳定性。总之，制备的Mo-Ru/CNTs电催化剂在碱性水和海水中都表现出了优异的HER活性。同时，在全水解测试过程中，Mo-Ru/CNTs 在10 mA cm-2的电压下只需1.52 V。总之，该研究为制备用于高活性的HER电催化剂提供了新方法。

【图文速览】

图1 Mo-Ru/CNTs的合成示意图.

图 2快速碳热冲击（a, c, e, g）和管式炉加热(b, d, f, h)合成催化剂的TEM和HRTEM图.

图3 XPS 图：(a) Ru 3p, (b) Mo 3d, (c) C 1s. (d-f) 晶体结构图. (g) DOS. (h，i) d 带中心

图4 (a) HER 曲线. (b) Tafel 斜率. (c) HER 曲线. (d) Tafel 斜率. (e) 性能对比图.（f）阻抗. (g) 稳定性曲线. （h）性能对比图.

图 5 (a) 差分电荷. (b, c) DOS. (d-j) 氢吸附自由能.

图 6 电堆测试.

【作者简介】

孟祥超，男，中国海洋大学化学化工学院教授、博士生导师。本科毕业于中国海洋大学，硕士和博士毕业于加拿大渥太华大学。之后，作为兼职助理教授在加拿大渥太华大学任教，以博士后的身份在加拿大滑铁卢大学从事研究工作。2019年全职加入中国海洋大学。主要研究方向：光电催化裂解海水制氢；光催化/电催化CO2还原、固氮及新型光电催化反应器设计及开发。在光电催化领域发表学术论文60余篇。课题组网站：https://www.x-mol.com/groups/Meng_Xiangchao。