继Nature Nanotechnology后，仅隔10天！厦大黄小青团队再发EES！

第一作者：Licheng Wei，Wei Yan

通讯作者：黄小青，耿洪波，徐勇

通讯单位：厦门大学，常熟理工学院，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所

本研究着眼于提高碱性氢氧化反应（HOR）的效率，这是阴离子交换膜燃料电池（AEMFCs）的关键阳极反应。针对HOR在碱性条件下动力学缓慢的问题，本工作中展示了钌锡（Ru-Sn）纳米花中六方密堆积（hcp）与面心立方（fcc）相界面的强协同作用，能够显著提升HOR的动力学，并增强对一氧化碳（CO）的耐受性。

实验观察、原位表征和理论计算表明，fcc/hcp相的比例与界面协同作用有关，可以调节H的吸附能力，减弱对CO的结合强度，并降低CO氧化的能垒。优化后的fcc_0.42 Ru-Sn/C在50 mV时表现出的比活性和质量活性分别为4.9 A mg_Ru^-1和6.7 mA cm_ECSA^-2，分别是hcp Ru/C的9.8倍和7.4倍，超过了商用Pt/C和其他已报道的HOR催化剂。

此外，使用fcc_0.42 Ru-Sn/C组装的燃料电池展示出12.46 W mg_Ru^-1的峰值功率密度（PPD），超过了目前已报道的Ru基AEMFC。

图文导读

图1：fcc_x Ru-Sn纳米花的合成方案、XRD图谱、Rietveld精修结果、TEM图像、尺寸分布、HRTEM图像、IFFT图像、FFT图像。

图2：不同fcc/hcp相比例的Ru-Sn/C的HOR极化曲线、不同旋转速度下的极化曲线、Koutecky-Levich图、Tafel图。

图3：Ru 3p和Sn 3d的XPS光谱、Ru和Sn K边的XANES和EXAFS光谱、小波变换图。

图4：fcc_0.42 Ru-Sn/C和hcp Ru/C的H₂-TPD曲线、在KOH和KOD电解液中的HOR极化曲线。

图5：fcc_0.42 Ru-Sn模型的差分电荷密度分布、Bader电荷分析、投影态密度（pDOS）、氢吸附吉布斯自由能。

总结展望

本研究通过调控Ru-Sn纳米花中fcc和hcp相的界面协同效应，显著提高了碱性HOR的性能。实验和理论计算结果表明，这种界面协同作用能够调节Ru位点的d带中心，减弱氢和CO的吸附能力，并促进CO氧化，从而显著增强HOR的动力学和CO耐受性。fcc_0.42 Ru-Sn/C表现出的卓越活性和稳定性，不仅超越了商业Pt/C，也为设计高效电催化剂提供了新策略。

此外，使用该材料组装的燃料电池展现出的高功率密度和长期稳定性，预示着其在实际应用中的巨大潜力。未来的研究将进一步探索这种界面工程策略在其他催化体系中的应用，并优化材料的合成工艺以实现更大规模的生产和应用。

文献信息

标题：Phase and Interface Engineering of a Ru-Sn Nanocatalyst for Enhanced Alkaline Hydrogen Oxidation Reaction

期刊：Energy & Environmental Science

DOI：10.1039/D4EE02010C

黄小青，厦门大学教授、博导（2019-至今），国家杰出青年科学基金（2021）获得者，研究方向：贵金属纳米材料的精准制备及其电、热、光催化应用研究。