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8月17日，從哈爾濱工業(yè)大學(xué)獲悉，材料科學(xué)與工程學(xué)院周玉院士團(tuán)隊(duì)李保強(qiáng)教授課題組與浙江農(nóng)林大學(xué)副教授李彩彩以碳點(diǎn)為核心，構(gòu)建了具有氮摻雜sp2/sp3碳界面的碳基底。基于各自對(duì)電催化過(guò)程有益的基礎(chǔ)，sp2和sp3碳相結(jié)合的策略有效平衡了氫的吸附和解吸，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)科研成果發(fā)表在材料領(lǐng)域?qū)W術(shù)期刊上《Small Methods》。
據(jù)李保強(qiáng)介紹，隨著我國(guó)氫能的快速發(fā)展，電解水制氫引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。廉價(jià)高效的電解水析氫的催化劑是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵。釕（Ru）由于其合適的氫結(jié)合能力和低廉的價(jià)格，被認(rèn)為是鉑的理想替代品。由于Ru納米顆粒穩(wěn)定性差、活性低，基于碳負(fù)荷Ru納米顆粒能有效提高其穩(wěn)定性和催化活性。但該領(lǐng)域的研究主要集中在碳載體的篩選、孔隙、導(dǎo)電性和缺陷等對(duì)催化劑活性的影響上，而sp2和sp3雜化碳正在改善HER活性方面仍被忽視。
針對(duì)這些問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)提出了以sp2/sp3雜化碳負(fù)載釕納米顆粒途徑提高釕催化劑的HER活性。團(tuán)隊(duì)利用具有sp2/sp3雜化碳的氮摻雜碳點(diǎn)（NCDs）為前驅(qū)體制備具有sp2/sp3雜化碳基底負(fù)載Ru納米顆粒的釕/碳點(diǎn)（Ru/NCDs）催化劑，為通過(guò)調(diào)控碳雜化態(tài)提高釕基催化劑活性提供新途徑。
結(jié)果表明，在堿性和酸性條件下，Ru/NCDs都表現(xiàn)出良好的催化活性和穩(wěn)定性。此外，光譜分析和密度函數(shù)理論計(jì)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(píng)價(jià)認(rèn)為，Ru/NCDs催化劑與商業(yè)Pt/C及其近期報(bào)道Ru基電催化劑相當(dāng)甚至更好。該研究為底物特性對(duì)催化活性的影響和碳負(fù)載金屬電催化劑的合理設(shè)計(jì)提供新思路。
