通訊作者：郎中玲、譚華橋、李陽光、康振輝

通訊單位：東北師范大學、蘇州大學

燃燒化石燃料帶來的能源危機和環(huán)境污染日益嚴重，是當下國際社會最為重視的問題。氫氣是一種潔凈有應用前景的能源載體，通過電催化水裂解制備氫氣是綠色、有效的技術之一。同時，工業(yè)上通過電解鹽水制備燒堿和氯的氯反應是國民經濟中最主要，最不可替代的基礎化學工業(yè)之一。而典型的氯堿電解由兩個半反應組成：分別是陽極上的氯析出反應（ClER）和陰極上的析氫反應（HER）。因此，氫氣制備和氯堿電解兩個反應的結合將提供一種更符合經濟效益的戰(zhàn)略，以減少氯堿工業(yè)的能源投入，同時經濟有效地獲得純氫燃料。然而，這種技術缺乏在熱堿性溶液中能有效且持久的析氫反應（HER）催化劑，大大限制了該更新技術的發(fā)展。

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成果一覽

近日，蘇州大學的康振輝和東北師范大學的郎中玲、譚華橋、李陽光，共同開發(fā)了一種固定在氮氧化鎢納米線的超細釕納米簇電催化劑（Ru/WNO@C）。該催化劑具有優(yōu)異的HER性能，僅在2 mV過電位下獲得10 mA cm-2的電流密度，質量活性為4095.6 mA mg-1（50 mV）；并且在氯堿電解條件下仍表現出優(yōu)異的HER性能。這主要得益于該催化劑具有更適中的氫吸附自由能（ΔGH* = – 0.21 eV），以及更低的水解離能壘（ΔGB = 0.27 eV）。

圖文導讀

圖1 Ru/WNO@C催化劑合成示意圖及形貌表征

圖2 Ru/WNO@C催化劑XRD及XPS表征

圖3 Ru/WNO@C催化劑電化學性能表征

圖4 Ru/WNO@C催化劑分子模型及DFT計算圖

圖5 Ru/WNO@C催化劑電化學性能表征

本文報道了一種新型的Ru/WNO@C復合納米線電催化劑，通過簡單的熱解將Ru和穩(wěn)定的載體WNO結合起來。

研究結果表明，Ru的加入顯著降低了水解離勢壘，其值僅為0.27 eV，并提供了合理的H吸附能力以提高析氫性能。在堿性溶液中表現出優(yōu)異的電催化性能， 3.37％Ru負載量的Ru/WNO@C催化劑η10= 2 mV，Tafel斜率為33 mV dec-1，交換電流密度達9.09 mA cm-2，質量活性為4095.6 mA mg-1，并且具有良好的穩(wěn)定性及近乎100％的法拉第效率，性能明顯優(yōu)于商業(yè)20％的Pt/C。

此外，Ru/WNO@C催化劑在90℃下的氯堿電解質中（3M NaCl+3M NaOH）仍保持高穩(wěn)定性和優(yōu)異的析氫活性。該工作將為低能耗氯堿電解和高效制氫提供有新思路。

文獻信息

Cable-like Ru/WNO@C Nanowires for Simultaneously High-efficient Hydrogen Evolution and Low-energy Consumption Chlor-alkali Electrolysis

(Energy & Environmental Science，2019，DOI: 10.1039/C9EE01647C)

原文鏈接

https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2019/EE/C9EE01647C#!divAbstract