材料学院夏川教授团队在Advanced Materials报道高效电解水催化剂的单原子调制新策略
日期：
2024-09-18
浏览次数:
12
近日，材料学院夏川教授团队在Advanced Materials上发表了题为“Ruthenium single-atom modulated protonated iridium oxide for acidic water oxidation in proton exchange membrane electrolysers”的研究论文。材料与能源学院博士后唐佳琳为论文第一作者，夏川教授为论文通讯作者。电子科技大学材料与能源学院为论文第一署名单位。氢能是一种清洁零碳、灵活高效、来源丰富的二次能源，作为现代能源体系的重要组成部分，是实现我国“双碳”目标的重要载体。质子交换膜电解水（PEMWE）是最环保、最有前景的氢气生产方式。然而，PEMWE的极端强酸性环境需要使用贵金属作为电极，并且阳极析氧反应（OER）缓慢的动力学也限制了制氢效率。因此，开发高效且稳定的电解水催化剂，对发展大规模PEM电解水制氢技术尤为关键。在酸性介质中，IrO2催化剂是目前为止最有效的OER电催化剂。然而，IrO2的质量活性低，过电位超过300 mV。替代性铱基氧化物，包括水合IrOx和钙钛矿基铱氧化物由于晶格氧被激活具有很高的催化活性。然而，这些催化剂在OER过程中形成可溶性高价Ir位点，导致结构破坏和性能失活，难以在PEM中应用。研究人员发现一种新型的Ir基氧化物材料-质子插层的氧化铱，可以通过质子迁移完成电荷补偿来稳定高价IrOx物质，这有助于防止Ir的过度氧化和溶解。因此，质子化氧化铱在酸性OER中表现出优异的催化稳定性。尽管如此，这种质子在块体晶格中的富集引发了对电导率降低的担忧，可能会牺牲一部分催化活性。因此，开发高性能的Ir基催化剂的关键在于如何权衡催化活性和稳定性。本研究介绍了一种Ru单原子掺杂的质子化氧化铱（H3.8Ir1-xRuxO4）催化剂。采用一系列电化学原位表征技术和18O同位素电化学微分质谱揭示OER反应机理。结果表明，Ru单原子有利于诱导Ir-O晶格中形成局部氧空位，协同加强对OOH*中间产物的吸附，提高固有的OER活性。此外，Ru的优先氧化性和氧空位的电负性抑制了Ir的过氧化，极大地稳定了Ir-O活性位点，提高了OER的稳定性。密度泛函理论（DFT）计算证实了Ru协同氧空位增强了OOH*的结合能，降低OOH*中间体的形成能垒方面，从而改善了OER活性。最终，H3.8Ir1-xRuxO4催化剂在10mA cm-2条件下的过电位为255mV，在酸性电解质中显示出卓越的催化耐久性，超过1100小时。与原始H3.8IrO4相比，稳定性显著提高了一个数量级。利用H3.8Ir1-xRuxO4催化剂作为阳极的质子交换膜电解槽在2A cm-2的高电流密度下可稳定运行超过1280小时。
Hot News
/
相关推荐
2025
-
06
-
20
点击次数:
25
来源：X-MOL近年来，稀土掺杂的光子雪崩荧光凭借其独特的高阶非线性发光特性，吸引了全球研究者的关注。光子雪崩现象源自镧系离子掺杂体系中激发态粒子之间的能量正反馈循环，使得系统在极微弱的激发或环境扰动下，展现出指数级的发光强度突变。这一特性使其在低成本超分辨率成像、超灵敏光学传感、以及多物理场耦合探测等领域展现出巨大潜力。光子雪崩的高阶非线性响应是多重物理过程协同作用的结果，涉及激发态和基态吸收、...
2025
-
06
-
20
点击次数:
26
来源：Science Direct智能有机室温磷光（RTP）材料具有感知和响应外部刺激的能力，通过表现出不同的长寿命、发光颜色和附加特性来实现这一功能，这使它们成为先进防伪技术的有希望的候选材料。与其他刺激（例如机械力、电场和磁场、离子、温度）相比，水是一种理想的外部刺激，因为它容易获得、价格低廉且环保。然而，由于水分子会猝灭三线态激子，水致变色的RTP材料往往属于猝灭型。因此，基于葫芦[8]脲（...
2025
-
06
-
19
点击次数:
120
2025年6月18日下午，在上海师范大学化学与材料学院的会议室，海关总署、上海海关第二次来上海市稀土协会开展调研座谈，主要针对稀土全产业链追溯体系建设、标准应用与海关协同防控，以及近期企业在通关方面遇到的实际问题开展交流，海关总署风险防控局（上海）信息处、上海海关风险防控分局的多位领导、协会的六家稀土磁材企业以及上海市稀土学会等相关代表约20人出席本次会议。会议由协会副秘书长崔中倪主持，协会副会长...
2025
-
06
-
19
点击次数:
175
2025年6月18日下午，在上海师范大学化学与材料学院的会议室，海关总署、上海海关第二次来上海市稀土协会开展调研座谈，主要针对稀土全产业链追溯体系建设、标准应用与海关协同防控，以及近期企业在通关方面遇到的实际问题开展交流，海关总署风险防控局（上海）信息处、上海海关风险防控分局的多位领导、协会的六家稀土磁材企业以及上海市稀土学会等相关代表约20人出席本次会议。会议由协会副秘书长崔中倪主持，协会副会长...