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9月23日從哈爾濱工業(yè)大學獲悉，材料科學與工程學院周玉院士團隊李寶強教授課題組與浙江農林大學孫慶豐教授、李彩彩副教授等人首次發(fā)現(xiàn)將富含空位的碳點（CDs）和釕（Ru）結合構建釕/富空位的碳點電催化劑（Ru@CDs），并揭示了強電子結合以改善電催化析氫活性機制。該材料有效拓寬了碳點的應用范圍，為新型氫能源高效析氫電催化劑的設計提供了新思路。相關研究成果于9月12日發(fā)表在材料領域的重要學術期刊《小》（“Small”）上。
在李保強看來，當今世界新能源的發(fā)展迫在眉睫，新能源氫能是目前公認的清潔能源。作為二次能源，氫氣的生產依賴于高性能的電催化劑。釕（Ru）由于其金屬-氫鍵強度與鉑相似且成本低（價格僅為鉑的5%），被認為是鉑（Pt）基電催化劑的理想替代品，但Ru的電催化活性有待改進。此外，Ru本身較高的內聚能容易引起團聚，導致其電催化活性降低?？梢哉{節(jié)納米材料物理化學和電子性質的空位工程為提高電催化劑的催化活性提供了解決方案。
針對這些問題，該團隊利用空位工程的策略，利用富含空位碳點構建了高性能的釕/富空位碳點析氫催化劑。該材料巧妙地在Ru復合結構中引入了空位，有效降低了Ru納米顆粒的不穩(wěn)定性和團聚性，同時可以顯著提高其電催化活性。實驗結果表明，Ru@CDs 表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。此外，該研究通過理論計算表明，空位的存在以及 Ru 和 CDs 之間的電子相互作用協(xié)同降低了析氫反應的中間能壘，從而最大限度地提高了 Ru@CDs 電催化劑的活性。
據(jù)報道，Ru@CDs 催化劑與商業(yè) Pt/C 催化劑和最近報道的 Ru 基電催化劑相當甚至更好。該研究不僅成功構建了一種高性能的碳點基析氫電催化劑，而且揭示了 Ru 納米粒子與 CDs 之間的相互作用以及與空位協(xié)同提高催化性能的機制，為開發(fā)和設計新型碳點基催化劑提供了新思路。同時為清潔新能源氫能的生產提供了助力。
