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陳少偉、黎立桂、孟輝Appl. Catal. B.：三功能Mott-Schottky型電催化劑用于柔性鋅-空氣電池

電化學分解水產(chǎn)生H₂和O₂是緩解化石燃料燃燒引起的能源危機和環(huán)境問題的有前景的技術，因為氫具有高重量能量密度(142 MJ kg^-1)。開發(fā)用于pH通用全分解水的高效電催化劑是邁向可持續(xù)氫經(jīng)濟的關鍵一步。

加州大學陳少偉、華南理工大學黎立桂和暨南大學孟輝等通過熱解策略制備了具有Ru-RuO₂Mott-Schottky異質結(Ru-RuO₂@NPC)的石墨烯納米復合材料。

Ru-RuO₂@NPC在很寬的溶液pH值范圍內(nèi)對HER、ORR和OER表現(xiàn)出顯著的活性，可用作高性能雙功能催化劑、用于整體水分解和氧電催化劑用于可充電金屬-空氣電池。在0.5 M H₂SO₄、1.0 M KOH和0.01 M PBS中，電流密度為10 mA cm^-2時，Ru-RuO₂@NPC的OER過電位分別為170 mV、190 mV和440 mV。

在0.5 M H₂SO₄中，電流密度為10 mA cm^-2時，Ru-RuO₂@NPC的HER過電位為23 mV。Ru-RuO₂@NPC在0.1 M KOH溶液中也對ORR表現(xiàn)出顯著的電催化活性，電流密度為10 mA cm^-2時的ΔE為0.65 V。

使用Ru-RuO₂@NPC作為鋅-空氣電池中柔性空氣陰極，電池表現(xiàn)出1.43 V的開路電壓和29 mW cm^-2的高功率密度。

密度泛函理論(DFT)計算表明，Ru-RuO₂的形成與單獨的RuO₂相比，異質結適度增強了金屬Ru的表面電荷密度并使d態(tài)更接近費米能級，促進了各種反應中關鍵中間體的吸附/解吸，從而提高了對這些重要反應的固有電催化活性。這些結果證明了Mott-Schottky異質結在開發(fā)各種新能源技術的高效電催化劑中的重要性。

Graphene Composites with Ru-RuO₂ Heterostructures: Highly Efficient Mott-Schottky-Type Electrocatalysts for pH-Universal Water Splitting and Flexible Zinc-Air Batteries. Applied Catalysis B: Environmental, 2021. DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120838

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