本文通過膠體法制備了MoOx改性的純fcc相Ru納米樹枝狀大分子(MoOx-Ru fcc)，然后通過相變得到MoOx-Ru hcp，以研究雙功能HER和HOR的晶體相依賴性催化。
過渡金屬的物理化學性質和催化性能具有高度的相依賴性。Ru基納米材料是析氫反應(HER)和氫氧化反應(HOR)的優良催化劑，但目前研究大多局限于傳統的Ru-六方密排(hcp)，原因主要是由于難以合成純的Ru-面心立方相(fcc)。
基于此，廈門大學黃小青和蘇州大學李有勇等通過膠體法制備了MoOx改性的純fcc相Ru納米樹枝狀大分子(MoOx-Ru fcc)，然后通過相變得到MoOx-Ru hcp，以研究雙功能HER和HOR的晶體相依賴性催化。
電化學測量表明，MoOx-Ru fcc和MoOx-Ru hcp表現出很強的相依賴性催化性能。在1.0 M KOH 和0.5 M H2SO4溶液中，MoOx-Ru fcc在10 mA cm-2電流密度下的HER過電位分別為20 mV和15 mV，遠低于MoOx-Ru hcp(34 mV和26 mV)；
對于HOR，MoOx-Ru fcc上的交換電流密度也大于MoOx-Ru hcp，并且MoOx-Ru fcc還具有更高的穩定性。因此，MoOx-Ru的HER和HOR性能高度依賴于相，具有fcc結構的Ru顯著優于hcp相。
密度泛函理論(DFT)計算表明，當用MoOx對Ru進行修飾時，Ru fcc相呈現出比Ru hcp相更優異的結構穩定性；與fcc相的(111)表面上的相比(ΔGH=-0.67 eV，ΔGOH=-0.20 eV)，在hcp相的(101)表面上質子和羥基表現出過強的吸附(ΔGH=-1.57 eV，ΔGOH=-2.13 eV)，并且在MoOx的改性作用下，降低了fcc相(111)表面上的質子和羥基吸附，提高了HER和HOR催化性能。
這項工作突出了相工程在構建高效電催化劑中的重要性，并為開發其他金屬基材料的相工程以實現多樣化的應用提供了指導。
Phase Engineering of a Ruthenium Nanostructure toward High-Performance Bifunctional Hydrogen Catalysis. ACS Nano，2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c05776
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