环境与能源材料研究所在电催化分解水研究中取得新进展

氢气是理想的能源材料，有望取代化石燃料以减少污染气体排放、缓解全球变暖。电解水制氢是制备氢气的主要技术路线之一。理论上，在1.23V的电解电压下水分子就可以分解为氢气和氧气，然而，水实际的分解电压高于其理论值。水的分解可以分为析氢反应和析氧反应两个半反应，由于析氢和析氧反应的发生都需要额外的过电位，所以只有在高于1.23V的电位下，水的分解才会发生，这造成了电能浪费和效率下降。其中，析氧反应包含了4个电子-质子转移步骤，反应动力学缓慢，成为制约电解水效率的瓶颈。为了降低析氧反应的过电位，环境与能源研究所近来做了一系列工作，取得了显著进展。

RuO₂是性能最好的析氧反应电催化剂之一，然而Ru昂贵的价格大幅增加了电解水的成本。环境与能源材料研究所利用脉冲激光快速温冲法，在RuO₂表面原位生长出微小的Ru/RuO₂颗粒，形成独特的荔枝状形貌。这种独特的形貌可以有效增加材料的表面积，增加活性位点的负载量。同时，Ru的形成可以提高材料的导电性。在两方面的作用下，RuO2的过电位大幅减小，提高了RuO₂的效率/成本比。
    该工作于近日发表于《Journal of Energy Chemistry》，王宗鹏博士为第一作者，钟文武教授为通讯作者，16877太阳集团为唯一通讯单位。《Journal of Energy Chemistry》是中科院一区期刊，最新的影响因子为7.22。
    论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jechem.2020.06.042。

Co₉S₈是另一种重要的析氧反应电催化剂，其晶格结构中包含4配位的四面体及6配位的八面体。在另一项工作中，环境与能源材料研究所研究人员通过引入电负性较低的Fe元素，重新设计了Co₉S₈中的多面体，提高了Co₉S₈的本征活性。d带中心是过渡金属析氧活性的描述符之一。Fe原子相比Co原子电负性较小，且3d电子更少，在Co₉S₈中引入Fe元素，由于Co、Fe之间较强的相互作用，使得电荷从Fe向Co转移，从而改变材料的d带中心位置。而且，通过精确控制Fe的掺杂量，可以精确调控d带中心的偏移以达到最佳活性。研究表明，Fe的6配位八面体结构对d带中心的移动贡献最大。该工作近日发表于《Advanced Energy Materials》，王宗鹏博士为第一作者，钟文武教授为通讯作者，16877太阳集团为唯一通讯单位。《Advanced Energy Materials》为材料类知名学术期刊，最新的影响因子为25.25。论文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202003023。