厦大/常熟理工/苏州纳米所EES: 调制Ru晶相，促进Ru-Sn催化碱性HOR

阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)可以将水分解产生绿色氢气(H₂)和将太阳能转化为电能，可以有效缓解当前能源危机和环境问题，受到人们越来越多的关注。然而，AEMFCs的阳极反应，即氢氧化反应(HOR)，在碱性条件下动力学缓慢。同时，对于具有高HOR活性的铂(Pt)催化剂，其在碱性条件下的HOR反应动力学比酸性条件下低两个数量级，需要高的负载量，这严重阻碍了AEMFCs的实际应用和大规模发展。因此，开发低成本、高效的碱性HOR催化剂具有重要意义。

钌(Ru)对H₂的亲和力与Pt相似，可以替代Pt作为HOR催化剂。Ru的活性受到其在碱性条件下动力学缓慢、稳定性不佳和CO中毒的限制。基于此，厦门大学黄小青、常熟理工学院耿洪波和中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所徐勇等开发出一种具有复合fcc相和hcp相Ru的Ru-Sn纳米花(fcc_x Ru-Sn，x表示fcc相比)，其在碱性条件下可以作为高效的HOR催化剂。

实验结果和理论计算表明，对于最优的fcc_0.42 Ru-Sn催化剂，其fcc/hcp异质界面的协同作用调节了Ru位点的d带中心，减弱H_ad/CO吸附，同时强界面协同作用促进了CO氧化，从而显著增强HOR动力学和CO耐受性。

性能测试结果显示，fcc_0.42 Ru-Sn催化剂在50 mV电位下的质量活性和比活性分别为4.9 A mg_Ru⁻¹和6.7 mA cm_ECSA⁻²，hcp Ru/C是9.8倍和7.4倍，甚至超过超过商业Pt/C和其他最近报道的催化剂。

此外，用fcc_0.42 Ru-Sn组装的燃料电池的功率峰值密度(PPD)为12.46 W mg_Ru⁻¹，并且当100 ppm CO引入原料气时，燃料电池的PPD为0.431W cm⁻²，远远高于基于Pt/C的燃料电池。还有就是，在80 °C下，该燃料电池在0.2 A cm⁻²的恒电流下连续运行50小时后，电位保留了70%，显示出巨大的实际应用潜力。

总的来说，该项研究提出了一种通过界面协同增强碱性HOR性能和燃料电池的策略，为开发高效的HOR催化剂提供了思路。

Phase and interface engineering of a Ru-Sn nanocatalyst for enhanced alkaline hydrogen oxidation reaction. Energy & Environmental Science, 2024. DOI: 10.1039/D4EE02010C

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