新型催化劑 為氫能開發提供新思路

科技日報訊 （記者李麗雲）記者近日從哈爾濱工業大學獲悉，該校材料科學與工程學院周玉院士團隊李保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將釕（Ru）與富含空位的碳點（CDs）結合，構建了釕/富空位碳點電催化劑（Ru@CDs），並揭示了強電子結合提高電催化析氫活性機制。該材料有效地拓寬了碳點的應用範圍，為新型高效析氫電催化劑設計提供了新思路。相關研究成果發表在材料領域重要學術期刊《小》雜誌上。

據李保強介紹，當今世界開發新能源迫在眉睫，氫能是目前公認的清潔能源。而作為二次能源，氫氣的製備依賴於高性能的電催化劑。釕由於其金屬—氫鍵強度與鉑（Pt）相似且成本低廉（價格僅為鉑的5%），被認為是鉑基電催化劑的理想替代品，但釕的電催化活性仍有待提高。此外，釕自身較高的內聚能易造成團聚，從而導致其電催化活性下降。具有調節納米材料的物理化學和電子特性的空位工程為改善電催化劑的催化活性提供瞭解決方案。

針對這些問題，該團隊通過空位工程的策略，利用富含空位的碳點構建了高性能的釕/富空位碳點析氫催化劑。該材料在釕複合結構中巧妙地引入空位，有效地降低了釕納米顆粒的不穩定性和團聚性，同時能夠顯著提高其電催化活性。實驗結果表明，Ru@CDs表現出優異的催化性能。此外，該研究通過理論計算揭示了空位的存在以及釕與CDs之間的電子相互作用協同降低了析氫反應的中間能壘，因此使Ru@CDs電催化劑活性最大化。

據介紹，Ru@CDs催化劑可與商業鉑碳催化劑以及最近報道的釕基電催化劑相媲美甚至更優越。該研究不僅成功構築了高性能的碳點基析氫電催化劑，還揭示了釕納米顆粒與CDs之間的相互作用以及與空位協同提高催化性能的機理，為開發和設計新型碳點基催化劑提供了新思路。同時為氫能的生產提供了助力。