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武理木士春Small: Ru摻雜，催化劑活性大！Ru-NiSe2/NF納米片用于全分解水

在不同的制氫方法中，水電解是最經濟、最有效的制氫方式之一。其中析氧反應(OER)和析氫反應(HER)都是多步反應，因此反應活性受到緩慢動力學的嚴重限制。為了加快這一過程，需要設計并開發高效催化劑。

近日，武漢理工大學木士春團隊在鎳泡沫上設計并構建了Ru修飾的二硒化鎳納米片陣列(Ru-NiSe₂/NF)，以實現高效電催化水分解。

為了預測Ru-NiSe₂/NF的內在活性，通過密度泛函理論(DFT)計算分析了含氧中間體(ΔG_M*) 和氫(ΔG_H*)的吸附自由能。結果表明，Ru的摻入優化了H₂O分子和中間體在金屬硒化物位點上的氫/氧析出反應(HER/OER)的吸附吉布斯自由能，從而促進了電催化的整體水分解。

受理論預測的啟發，研究人員通過水熱工藝在鎳泡沫上直接生長前驅體，浸入含有Ru³⁺的乙醇溶液中使Ru負載在催化劑表面，然后充分硒化。

具有穩定3D結構的Ru-NiSe₂ /NF電極在堿性溶液中顯示出大大提高的OER和HER活性。具體而言，在1.0 M KOH溶液，Ru-NiSe₂ /NF在10 mA cm^-2電流密度下的OER過電位僅為210 mV，HER過電位為59 mV。原位拉曼表明在OER過程中作為活性中心的是羥基氧化鎳。

此外，Ru-NiSe₂ /NF用于整體水分解，可以由僅1.537 V的電壓驅動以獲得10 mA cm^-2。這項工作為硒化物提供了一種增強電化學性能的可用策略，并激發了更多的研究來探索高效電催化劑以實現全水分解。

Ru-Incorporated Nickel Diselenide Nanosheet Arrays with Accelerated Adsorption Kinetics toward Overall Water Splitting. Small, 2021. DOI: 10.1002/smll.202105305

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