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JACS：Ru−Cu纳米异质结构，高效碱性电解水！

时间：2023-09-30 来源：浏览：

JACS：Ru−Cu纳米异质结构，高效碱性电解水！

学研汇催化计

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将多个物种串联起来用于不同的析氢反应 (HER) 步骤是设计 HER 电催化剂的有效策略。

在这里， 意大利理工学院 Yong Zuo ， Liberato Mann ， Sebastiano Bellani 设计了一种用于 HER 的分层电极，由非晶态 TiO ₂ /Cu 纳米棒 (NR) 组成，并装饰有经济高效的 Ru-Cu 纳米异质结构（ Ru 质量负载 =52 μg/cm ² ）。

本文要点

要点1. 对于 1 M NaOH 中的 HER ，这种电极在 -200 mA/cm ² 下表现出稳定的 250 小时以上 74 mV 的低过电势。

要点2. 通过结构分析、原位 X 射线吸收光谱和第一原理模拟，电极的高活性归因于协同功能： (1) 机械坚固、垂直排列的 CuNR 具有高电导率和孔隙率，可提供快速充电和气体传输通道；（ 2 ） Ru 电子结构受表面 Cu 簇尺寸的调节，促进水解离（ Volmer 步骤）； (3) 在 Ru 顶部生长的 Cu 团簇表现出接近于零的氢吸附吉布斯自由能，促进了快速的 Heyrovsky/Tafel 步骤。

要点3. 连接所提出的阴极和不锈钢阳极的碱性电解槽（ AEL ）可以在连续（ 1 A/cm ² 超过 200 小时）和间歇模式（加速应力测试）下稳定运行。此外，技术经济分析预测，基于我们的 AEL 单电池，寿命为 30 年的 1 M WAEL 工厂的最低总体制氢成本为 2.12 美元 /kg ，达到全球目标（ 2-2.5 美元 /kg _H2 ）。