开发用于析氢反应(HER)的高性能电催化剂对清洁、可持续的氢能发展具有重要意义,但同时充满挑战性。
近日,中山大学李光琴教授报道了一种单原子策略,通过引入原子分散的Ru,成功构建了一种用于HER的高性能金属有机骨架(MOFs)电催化剂(NiRu0.13-BDC)。
文章要点
1)研究人员首先通过水热法制备负载在Ni泡沫上的原始MOF纳米片阵列。初始MOF材料的结构是由配位的八面体二价镍和对苯二甲酸(H2BDC)构成的层柱结构的“Ni-BDC”。 以泡沫镍为载体,用离子交换法取代部分Ni原子,合成了Ni-BDC负载的Ru单原子催化剂。通过改变RuCl3的用量,可以合成一系列具有不同Ru负载量的催化剂。
2)实验结果显示,在电流密度为10 mA cm−2的1 M磷酸盐缓冲盐水溶液中,NiRu0.13-BDC在全pH范围内表现出优异的HER电催化活性,过电位仅为36 mV,可与商用Pt/C相媲美。
3)X射线吸收精细结构和密度泛函理论(DFT)计算表明,Ru单原子的引入可以调节MOF中金属中心的电子结构,从而优化了H2O和H*的结合强度,提高了MOF的电催化HER性能。
这项工作开发一种有效的单原子策略来调节MOF的电子结构,用于催化剂设计。
参考文献
Sun, Y., Xue, Z., Liu, Q. et al. Modulating electronic structure of metal-organic frameworks by introducing atomically dispersed Ru for efficient hydrogen evolution. Nat Commun 12, 1369 (2021).
DOI:10.1038/s41467-021-21595-5
https://doi.org/10.1038/s41467-021-21595-5