忻获麟/刘熙俊Sci. Adv.:设计Ru-Ni双原子位点助理高效碱性氢氧化

由于碱性氢氧化反应(hydrogen oxidation reaction, HOR)的缓慢动力学,阻碍了阴离子交换膜燃料电池(Anion exchange membrane fuel cells, AEMFCs)的发展。基于此,美国加州大学尔湾分校忻获麟教授和广西大学刘熙俊教授(共同通讯作者)等人报道了单原子和双原子位点的 HOR 催化活性作为*H和*OH结合能的函数,以筛选HOR的最佳活性位点。
忻获麟/刘熙俊Sci. Adv.:设计Ru-Ni双原子位点助理高效碱性氢氧化
在文中,作者结合理论和实验工作制定了针对最佳HOR催化剂的设计策略,并通过原位技术加深了对HOR机理的理解。首先,作者通过密度泛函理论(DFT)计算预测,在筛选的单原子和双原子位点系统中,Ru-Ni双原子位点是HOR的最佳活性中心。结果表明,具有Ru-Ni双原子位点的催化剂表现出优异的HOR活性。
忻获麟/刘熙俊Sci. Adv.:设计Ru-Ni双原子位点助理高效碱性氢氧化
其中,在碱性电解质中的过电位为50 mV时质量比动力学电流密度为132.6±3.3 mA mgRuNi-1,交换电流密度为2.69±0.06 mA cm-2,优于单位点对应物和大多数碱性HOR催化剂。该催化剂还表现出优异的CO耐受性和HOR稳定性。
SECM研究表明,RuNi/NC优异的电化学活性源于Ru-Ni双原子位点。DFT计算和原位X射线吸收光谱研究进一步揭示了Ru和Ni在HOR期间促进分子H2解离和加强OH吸附方面的协同相互作用。
忻获麟/刘熙俊Sci. Adv.:设计Ru-Ni双原子位点助理高效碱性氢氧化
Design of Ru-Ni diatomic sites for efficient alkaline hydrogen oxidation. Sci. Adv., 2022, DOI: 10.1126/sciadv.abm3779.

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