記者8月17日從哈爾濱工業(yè)大學獲悉，該校材料科學與工程學院周玉院士團隊李保強教授課題組與浙江農(nóng)林大學李彩彩副教授以碳點作為核心，構(gòu)建了具有氮摻雜sp2/sp3碳界面的碳基底?；趯⒏髯詫﹄姶呋^程有利的sp2和sp3碳相結(jié)合的策略，有效平衡氫的吸附和解吸，制備了一種在堿性和酸性體系中均表現(xiàn)出優(yōu)秀電催化析氫反應(yīng)(HER)活性的Ru/NCDs。相關(guān)研究成果發(fā)表在材料領(lǐng)域?qū)W術(shù)期刊《Small Methods》。
據(jù)李保強介紹，隨著國家氫能快速發(fā)展，電解水制氫受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注。廉價高效的電解水析氫的催化劑是該領(lǐng)域的研究熱點和產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵。釕(Ru)由于其適當?shù)臍浣Y(jié)合能和低廉的價格，被認為是鉑的理想替代品。由于Ru納米顆粒仍存在穩(wěn)定性差和活性低的問題，因此基于碳負載Ru納米顆?？捎行岣咂浞€(wěn)定性和催化活性。然而，該領(lǐng)域研究主要集中在碳載體的篩選、孔隙、導電性和缺陷等對催化劑活性的影響，而sp2和sp3雜化碳在提高HER活性方面仍被忽視。
針對這些問題，該研究團隊提出以sp2/sp3雜化碳負載釕納米顆粒途徑提高釕催化劑的HER活性。團隊利用具有sp2/sp3雜化碳的氮摻雜碳點(NCDs)為前驅(qū)體制備具有sp2/sp3雜化碳基底負載Ru納米顆粒的釕/碳點(Ru/NCDs)催化劑，為通過調(diào)控碳雜化態(tài)提高釕基催化劑活性提供新途徑。
研究結(jié)果表明，在堿性和酸性條件下Ru/NCDs均表現(xiàn)出優(yōu)良的催化活性和穩(wěn)定性。此外，光譜分析和密度函數(shù)理論計算表明Ru和NCDs之間的相互作用不但有效地調(diào)節(jié)了活性中心Ru的電子結(jié)構(gòu)，而且sp2/sp3碳界面的存在有助于降低中間能壘和平衡氫的吸附/解吸，從而大幅提升釕催化劑的HER的活性。
專家評價認為，Ru/NCDs催化劑與商業(yè)Pt/C以及最近報道的Ru基電催化劑相媲美甚至更優(yōu)越。該研究為底物特性對催化活性的影響和碳負載金屬電催化劑的合理設(shè)計提供新思路。(科技日報記者 李麗云)
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