近日從哈爾濱工業(yè)大學(xué)獲悉，該校材料科學(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)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(diǎn)(CDs)結(jié)合，構(gòu)建了釕/富空位碳點(diǎn)電催化劑(Ru@CDs)，并揭示了強(qiáng)電子結(jié)合提高電催化析氫活性機(jī)制。該材料有效地拓寬了碳點(diǎn)的應(yīng)用范圍，為新型高效析氫電催化劑設(shè)計(jì)提供了新思路。相關(guān)研究成果發(fā)表在材料領(lǐng)域重要學(xué)術(shù)期刊《小》雜志上。

據(jù)李保強(qiáng)介紹，當(dāng)今世界開(kāi)發(fā)新能源迫在眉睫，氫能是目前公認(rèn)的清潔能源。而作為二次能源，氫氣的制備依賴于高性能的電催化劑。釕由于其金屬—氫鍵強(qiáng)度與鉑(Pt)相似且成本低廉(價(jià)格僅為鉑的5%)，被認(rèn)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(nèi)聚能易造成團(tuán)聚，從而導(dǎo)致其電催化活性下降。具有調(diào)節(jié)納米材料的物理化學(xué)和電子特性的空位工程為改善電催化劑的催化活性提供了解決方案。

針對(duì)這些問(wèn)題，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)空位工程的策略，利用富含空位的碳點(diǎn)構(gòu)建了高性能的釕/富空位碳點(diǎn)析氫催化劑。該材料在釕復(fù)合結(jié)構(gòu)中巧妙地引入空位，有效地降低了釕納米顆粒的不穩(wěn)定性和團(tuán)聚性，同時(shí)能夠顯著提高其電催化活性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Ru@CDs表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。此外，該研究通過(guò)理論計(jì)算揭示了空位的存在以及釕與CDs之間的電子相互作用協(xié)同降低了析氫反應(yīng)的中間能壘，因此使Ru@CDs電催化劑活性最大化。

據(jù)介紹，Ru@CDs催化劑可與商業(yè)鉑碳催化劑以及最近報(bào)道的釕基電催化劑相媲美甚至更優(yōu)越。該研究不僅成功構(gòu)筑了高性能的碳點(diǎn)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(xié)同提高催化性能的機(jī)理，為開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)新型碳點(diǎn)基催化劑提供了新思路。同時(shí)為氫能的生產(chǎn)提供了助力。