我校木士春教授团队在Nature子刊上发表重要研究成果

2024/6/24 15:03:29

目前，绿色制氢最大的挑战之一是需要开发适用于质子交换膜水电解槽（PEMWE）的高性能阳极水氧化反应（析氧反应）催化剂。这是因为水氧化反应动力学缓慢，成为制约整个水电解装置效率的关键因素；此外，除非常昂贵的贵金属铱（Ir）外，很少有催化剂能够在恶劣的酸性及持续氧化条件下保持长期稳定性。因此，开发高稳定性和高性价比的非铱基酸性水氧化催化剂一直是PEMWE制氢技术的核心问题。综合考虑价格、丰富度和活性，金红石结构的RuO2基催化剂成为PEMWE阳极催化剂的最佳选择，但其长期稳定性仍不理想。

为此，木士春教授课题组设计了一种由多尺度缺陷RuO2纳米晶体及孔隙构成的双连续RuO2纳米反应器。一方面，该纳米反应器独特的结构为催化过程提供丰富的活性位点和快速的电子传输能力；另一方面通过多尺度缺陷赋予的大量低配位Ru原子削弱Ru-O相互作用，还可有效抑制晶格氧的氧化和高价Ru的溶解。实验结果表明，获得的纳米反应器可高效、稳定地驱动酸性水氧化反应，且在PEMWE和集成再生燃料电池系统中展现出稳定和良好的产氢性能。因此，该工作有效地解决了Ru基催化剂活性和稳定性难以同步提高的科学难题。

这也是木士春教授研究团队自2024年以来相继在Angewandte Chemie International Edition（https://doi.org/10.1002/anie.202407577，第一作者：陈钉，博士研究生）、Energy & Environmental Science（2024, 17, 1885，第一作者：陈钉，博士研究生）、Nano Letters（2024, 24, 1015，第一作者：穆雪琴，博士研究生）等国际顶级期刊上发表多个Ru/Ir基催化剂研究成果之后取得的又一重要研究成果。