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由于堿性氫氧化反應(yīng)（hydrogen oxidation reaction, HOR）的緩慢動力學(xué)，阻礙了陰離子交換膜燃料電池（Anion exchange membrane fuel cells, AEMFCs）的發(fā)展。基于此，美國加州大學(xué)爾灣分校忻獲麟教授和廣西大學(xué)劉熙俊教授（共同通訊作者）等人報(bào)道了單原子和雙原子位點(diǎn)的 HOR 催化活性作為*H和*OH結(jié)合能的函數(shù)，以篩選HOR的最佳活性位點(diǎn)。

忻獲麟/劉熙俊Sci. Adv.：設(shè)計(jì)Ru-Ni雙原子位點(diǎn)助理高效堿性氫氧化

在文中，作者結(jié)合理論和實(shí)驗(yàn)工作制定了針對最佳HOR催化劑的設(shè)計(jì)策略，并通過原位技術(shù)加深了對HOR機(jī)理的理解。首先，作者通過密度泛函理論（DFT）計(jì)算預(yù)測，在篩選的單原子和雙原子位點(diǎn)系統(tǒng)中，Ru-Ni雙原子位點(diǎn)是HOR的最佳活性中心。結(jié)果表明，具有Ru-Ni雙原子位點(diǎn)的催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的HOR活性。

其中，在堿性電解質(zhì)中的過電位為50 mV時(shí)質(zhì)量比動力學(xué)電流密度為132.6±3.3 mA mg_RuNi^-1，交換電流密度為2.69±0.06 mA cm^-2，優(yōu)于單位點(diǎn)對應(yīng)物和大多數(shù)堿性HOR催化劑。該催化劑還表現(xiàn)出優(yōu)異的CO耐受性和HOR穩(wěn)定性。

SECM研究表明，RuNi/NC優(yōu)異的電化學(xué)活性源于Ru-Ni雙原子位點(diǎn)。DFT計(jì)算和原位X射線吸收光譜研究進(jìn)一步揭示了Ru和Ni在HOR期間促進(jìn)分子H₂解離和加強(qiáng)OH吸附方面的協(xié)同相互作用。

Design of Ru-Ni diatomic sites for efficient alkaline hydrogen oxidation. Sci. Adv., 2022, DOI: 10.1126/sciadv.abm3779.

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