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超小的钌铱合金纳米颗粒均匀地负载在氮掺杂的碳纳米骨架上作为高性能析氢催化剂第一作者：喻洁通讯作者：邵宗平*，倪萌*单位：南京工业大学，香港理工大学研究背景
到目前为止，氢气(H2)被认为是一种最高效清洁的绿色能源。电化学分解水是获得大量该清洁能源重要途径之一。其中，氢析出反应(HER)是电解水技术的最重要的半反应之一。然而，该反应严重受限于其缓慢的动力学，这导致应用过电位很大。因此，研究者投入了大量的精力来开发各种高效电极催化材料，如贵金属材料，过渡金属氧化物，硫属化合物，磷化物，氮化物及非金属碳材料等等。其中，贵金属基材料虽然成本高，但依然具有特别突出的催化活性。因此，开发低贵金属含量的复合材料作为催化剂是迫切需要的。本文就设计了一款低金属含量的复合物催化剂用于高效的析氢反应。文章简介
近日，来自南京工业大学的邵宗平教授团队与香港理工大学的倪萌教授团队合作，在国际知名期刊ChemicalEngineeringJournal上发表题为“UltrafineRuthenium-IridiumAlloyNanoparticlesWell-DispersedonN-richCarbonFrameworksasEfficientHydrogen-GenerationElectrocatalysts”的研究型文章。该实验型文章设计一种新型的复合物材料-超小的钌铱合金纳米颗粒均匀地负载在氮掺杂的碳纳米骨架上(RuIrNrC)，并将其应用于电催化氢析出反应。在作为析氢催化剂时，它表现出优异的活性和稳定性。此外，通过各种物理化学表征和电化学测试，最后分析了析氢反应性能优越的原因且总结了该催化剂的优势。本文要点
要点一：RuIrNrC材料的微观形貌扫描电镜表征表明，大量的纳米薄片被随机堆叠在一起，形成一个相互连接的网络结构。通过透射电镜，可以看出超小的金属颗粒，大约只有3.87nm，而且晶格间距也正好对应于RuIr合金的晶格间距，证明RuIr合金的形成。图1.RuIrNrC材料的结构表征要点二：RuIrNrC材料的微观结构拉曼表征显示RuIrNrC中碳的石墨化和缺陷程度不受RuIr合金，Ru，Ir金属的影响。氮气的吸脱附测试揭示了RuIrNrC具有介孔特征且比表面积为m2g-1，有利于反应物传输和活性位接触。通过XPS结果可以看出，RuIr合金中Ru和Ir之间有电荷转移。如此的相互作用有利于优化H中间体的吸附行为。图2.RuIrNrC材料的结构表征要点三：RuIrNrC材料的析氢性能当应用于碱性氢析出反应时，该材料表现出卓越的催化活性,10mAcm-2对应的过电位仅为28mV,塔菲尔斜率为35mVdec-1，显著优于单金属复合催化剂RuNrC和IrNrC，而且比得上pt/C催化剂。更重要的是，经过圈的循环测试，该材料的活性几乎没有任何变化，说明了其优异的稳定性。图3.RuIrNrC材料的电催化性能要点四：RuIrNrC复合材料优异的电化学催化性能的起源RuIrNrC材料优异的电化学催化性能可能源于其有利的化学组成和新颖的微观结构：Ru/Ir单原子的存在；Ru和Ir在形成合金时相互修饰了电子结构，有利于H中间体的吸脱附；碳骨架的限制影响导致了超小的纳米颗粒，有利于暴露更多活性位，而且两者的协同进一步促进了氢析出反应；多孔结构和高导电率促进电荷和质量传输；丰富N掺杂体也有利于HER反应。文章链接
“UltrafineRuthenium-IridiumAlloyNanoparticlesWell-DispersedonN-richCarbonFrameworksasEfficientHydrogen-GenerationElectrocatalysts”