中國科大在電催化析氫研究方面取得新進展

　　近日，中國科學技術大學博士生蘇建偉和楊陽（導師陳乾旺教授）通過理論計算，提出了將少量的貴金屬釕與過渡金屬鈷合金化來提升鈷催化活性的思想，并設計出了一種以金屬有機框架化合物為前驅體來制備氮摻雜的類石墨烯層包裹合金內核復合結構的工藝。所制備的復合納米結構作為堿性析氫電催化劑表現出與貴金屬可比的析氫性能。該研究成果發表在近期出版的《Nature Communications》上。

RuCo@NC納米粒子的合成路徑和結構模型示意圖

　　該工作用貴金屬釕摻雜的鈷氰酸鈷類普魯士藍作為前驅物在惰性氣氛中焙燒一步法制備了氮摻雜的類石墨烯層包覆鈷釕合金的納米粒子，合金中釕占3.58 wt.%。這種方法能夠將氮摻雜的石墨烯層原位包覆在合金表面上，保護合金內核以提升穩定性。

　　作為堿性析氫電催化劑，在電流密度為10mA/cm²時其過電位僅為28mV，顯示出與20%的商用鉑碳電催化劑可比的電催化析氫性能。密度泛函理論模擬計算發現，摻雜氮原子近鄰的碳原子是催化反應的活性位點，鈷釕合金化比單純鈷更能促進電子向類石墨烯層表面轉移，改變內部的鈷釕合金比例能夠調控外部石墨烯層表面的電荷分布，合適的鈷釕合金比例可以大大降低活性位點的氫吸附自由能，可到達與鉑催化劑相近的氫吸附自由能值。這種獨特的復合納米結構使其催化性能得以較大地提升，具有潛在的應用前景。