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Nano Energy：Ru生長誘導構建Ru?O?Cu中心，實現堿性條件下高效析氫

電化學水分解產氫被認為是儲存可再生能源和生產清潔能源的一種有效方法。堿性水電解槽具有電極穩健、壽命長、電解槽結構廉價，以及可以避免嚴重的酸性腐蝕等優點，通常用于工業制氫。盡管鉑和鉑合金被確定為基準的析氫反應(HER)催化劑，但它們的高價格和非酸性介質中的不穩定性嚴重阻礙了它們的廣泛應用。因此，迫切需要設計和開發低劑量貴金屬高效催化劑。

基于此，中國礦業大學Kong Xiangkai和中國科學技術大學陳昶樂等提出了一個兩步退火策略將Ru團簇分散到CuO載體上(Ru-CuO-SA)，以實現低的Ru負載量。

具體而言，在相對較低的溫度下Ru納米晶在Cu₂O中間體的協助下形成，導致界面上形成強的Ru?O?Cu鍵結構；隨后，通過在較高溫度退火過程中形成可溶性K₂RuO₃，去除外表面的部分Ru原子，以最大限度地暴露Ru?O?Cu中心。同時，在CuO載體上產生了與晶格畸變有關的富氧空位，提高了表面的親氧性。

此外，Ru?O?Cu中心增強了CuO和Ru之間的電子耦合，促進了水的吸附、降低了水分解的能壘，同時也削弱了氫的結合，使H₂更容易解吸。

因此，在1.0 M KOH溶液中，所制備的Ru-CuO-SA催化劑在10 mA cm^?2電流密度下的過電位低至12.9 mV，Tafel斜率為27.9 mV dec^?1和周轉頻率為3.034 H₂ s^?1，超過大多數報道的Ru基材料和商業Pt/C催化劑。

此外，利用Ru-CuO-SA組裝的陰離子交換膜(AEM)電解槽在1.65 V的電池電壓下達到216 mA cm^?2的電流密度，并且該電解槽還具有良好的長期穩定性，表明Ru-CuO-SA在水電解槽系統中的實際應用潛力。

Ru-O-Cu Center Constructed by Catalytic Growth of Ru for Efficient Hydrogen Evolution. Nano Energy, 2023. DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.108403

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