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OER对于通过质子交换成员电解水可持续生产氢气非常重要。现在,研究人员提出了一种新型的RuO2催化剂,由锌的单原子稳定,用于质子交换膜水电解中的OER。图片来源:HaeseongJang/中央大学
电解是一种利用电力从水中产生氢和氧分子的过程。使用质子交换膜(PEM)和可再生能源进行水电解被广泛认为是一种可持续的制氢方法。然而,推进质子交换膜电解水技术的一个挑战是缺乏高效、低成本和稳定的质子交换膜电解水过程中酸性溶液中的析氧反应(OER)催化剂。
虽然铱基催化剂是一种潜在的解决方案,但金属铱在自然界中是稀有且昂贵的。或者,钌氧化物(RuO2)提供了一种更实惠和反应更灵敏的选择,但它们也存在稳定性问题。因此,研究人员正在探索提高RuO2稳定性的方法开发有前途的OER催化剂以成功实施制氢技术的结构。
现在,在最近发表在《能源化学杂志》上的一项研究中,由中央大学先进材料工程系的HaeseongJang教授领导的一组研究人员开发了一种很有前途的OER催化剂。
表示为SAZn-RuO2,催化剂包括RuO2由锌的单个原子稳定。Jang教授在阐述他们的研究时说:“我们的动机是需要为PEM水电解中的OER寻找高效且具有成本效益的替代电催化剂。基于我们的研究,我们提出了一种双重工程策略,包括单原子Zn掺杂和引入氧空位,以平衡酸性OER过程中的高催化活性和稳定性。
研究人员合成了SAZn-RuO2通过加热具有钌(Ru)和锌原子的有机框架,形成具有氧空位(缺少积极改变性质的氧原子)和Zn-O-Ru键的结构。
这些键以两种方式稳定催化剂:通过加强Ru-O键和提供来自锌原子的电子,以保护钌在OER过程中免受过度氧化。此外,钌原子周围改进的电子环境降低了分子粘附在表面所需的能量,从而降低了反应的能量势垒。
所得催化剂更稳定,反应性没有明显下降,并且明显优于商业RuO2.此外,它需要的额外能量更少(mV的低过电位,而商用RuO的过电位为mV2),并保持更长的功能(43小时,而商业RuO2为7.4小时)).
由于其改进的稳定性和特性,新提出的SAZn-RuO2催化剂有可能影响OER经济高效、活性和耐酸电催化剂的开发。反过来,这可以帮助降低成本和提高绿色氢气的生产,有助于向更清洁的能源和可持续技术的进步转变。
“我们相信,这种转变可以彻底改变工业、交通和能源基础设施,并为应对气候变化和培养更具弹性和环保意识的未来做出贡献。这是因为可获得的绿色氢气可以通过减轻环境影响、创造就业机会和通过多样化和可持续的能源解决方案确保能源安全,对社会产生变革性影响,“张教授解释说。
综上所述,高反应性和催化稳定性的RuO2酸性OER催化剂具有更高的耐久性和良好的特性,具有指导设计稳健和活性的非铱基OER电催化剂的潜力,用于实际应用。
更多信息:QingQinetal,调谐RuO的电子结构2通过单原子Zn和氧空位促进酸性介质中的析氧反应,能源化学学报()。DOI:10./j.jechem..09.