碱性氢氧化反应（HOR）的缓慢动力学严重限制了阴离子交换膜燃料电池的发展。

近日，加州大学尔湾分校忻获麟教授，广西大学刘熙俊通过理论和实验相结合的方法开发了一种针对最佳HOR催化剂的设计策略，并通过原位技术加深了对HOR反应机理的理解。

文章要点

1）研究人员首先通过密度泛函理论（DFT）计算预测出在筛选的单原子和双原子中心体系中，Ru-Ni双原子位点具有最佳的HOR催化活性。在理论预测的基础上，采用溶解碳化法合成了掺氮多孔碳负载的Ru-Ni双原子位点催化剂（RuNi/NC）。

2）实验结果表明，具有Ru-Ni双原子位点的RuNi/NC催化剂在碱性电解液中表现出良好的电催化HOR活性，在50 mV过电位下的质量比动力学电流密度为132.6±3.3 mA mg_RuNi⁻¹，交换电流密度为2.69±0.0 6 mA cm⁻²，优于单原子中心催化剂和大多数碱性HOR催化剂。此外，该催化剂还表现出良好的抗CO能力和HOR稳定性。

3）SECM研究表明，RuNi/NC的优异电化学活性源于Ru-Ni双原子中心。DFT计算和原位X射线吸收光谱研究进一步揭示了Ru和Ni在HOR过程中促进分子H₂解离和加强OH吸附的协同作用。

参考文献

Lili Han, et al, Design of Ru-Ni diatomic sites for efficient alkaline hydrogen oxidation, Sci. Adv.,2022

DOI: 10.1126/sciadv.abm3779

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm3779