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9月23日從哈爾濱工業(yè)大學(xué)獲悉，材料科學(xué)與工程學(xué)院周玉院士團(tuán)隊(duì)李寶強(qiáng)教授課題組與浙江農(nóng)林大學(xué)孫慶豐教授、李彩彩副教授等人首次發(fā)現(xiàn)將富含空位的碳點(diǎn)（CDs）和釕（Ru）結(jié)合構(gòu)建釕/富空位的碳點(diǎn)電催化劑（Ru@CDs），并揭示了強(qiáng)電子結(jié)合以改善電催化析氫活性機(jī)制。該材料有效拓寬了碳點(diǎn)的應(yīng)用范圍，為新型氫能源高效析氫電催化劑的設(shè)計(jì)提供了新思路。相關(guān)研究成果于9月12日發(fā)表在材料領(lǐng)域的重要學(xué)術(shù)期刊《小》（“Small”）上。
在李保強(qiáng)看來，當(dāng)今世界新能源的發(fā)展迫在眉睫，新能源氫能是目前公認(rèn)的清潔能源。作為二次能源，氫氣的生產(chǎn)依賴于高性能的電催化劑。釕（Ru）由于其金屬-氫鍵強(qiáng)度與鉑相似且成本低（價(jià)格僅為鉑的5%），被認(rèn)為是鉑（Pt）基電催化劑的理想替代品，但Ru的電催化活性有待改進(jìn)。此外，Ru本身較高的內(nèi)聚能容易引起團(tuán)聚，導(dǎo)致其電催化活性降低?？梢哉{(diào)節(jié)納米材料物理化學(xué)和電子性質(zhì)的空位工程為提高電催化劑的催化活性提供了解決方案。
針對(duì)這些問題，該團(tuán)隊(duì)利用空位工程的策略，利用富含空位碳點(diǎn)構(gòu)建了高性能的釕/富空位碳點(diǎn)析氫催化劑。該材料巧妙地在Ru復(fù)合結(jié)構(gòu)中引入了空位，有效降低了Ru納米顆粒的不穩(wěn)定性和團(tuán)聚性，同時(shí)可以顯著提高其電催化活性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Ru@CDs 表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。此外，該研究通過理論計(jì)算表明，空位的存在以及 Ru 和 CDs 之間的電子相互作用協(xié)同降低了析氫反應(yīng)的中間能壘，從而最大限度地提高了 Ru@CDs 電催化劑的活性。
據(jù)報(bào)道，Ru@CDs 催化劑與商業(yè) Pt/C 催化劑和最近報(bào)道的 Ru 基電催化劑相當(dāng)甚至更好。該研究不僅成功構(gòu)建了一種高性能的碳點(diǎn)基析氫電催化劑，而且揭示了 Ru 納米粒子與 CDs 之間的相互作用以及與空位協(xié)同提高催化性能的機(jī)制，為開發(fā)和設(shè)計(jì)新型碳點(diǎn)基催化劑提供了新思路。同時(shí)為清潔新能源氫能的生產(chǎn)提供了助力。
