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侯軍剛Nature子刊：缺陷NiFe LDH上單原子Ru位點(diǎn)用于電催化全分解水

電化學(xué)水分解，是使用電催化劑產(chǎn)生氫燃料的有效途徑。單原子催化劑的合理設(shè)計(jì)對(duì)于高效的可持續(xù)能源轉(zhuǎn)換至關(guān)重要。憑借適當(dāng)?shù)呐湮画h(huán)境、單原子與載體的密切相互作用以及量子尺寸效應(yīng)，其已經(jīng)引起了研究人員廣泛的興趣。

大連理工大學(xué)侯軍剛團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種簡(jiǎn)單且可擴(kuò)展的電催化合成策略，用于穩(wěn)定有缺陷的NiFe LDH上的大量單原子Ru位點(diǎn)(Ru₁/D-NiFe LDH)，可高效電催化全分解水。

密度泛函理論(DFT)計(jì)算結(jié)果表明，在HER過(guò)程中，Ru₁/D-NiFe LDH優(yōu)化了H吸附能，同時(shí)由于Ru-O的存在促進(jìn)了O-O耦合。另外，豐富的活性中心加速了水分解的動(dòng)力學(xué)，從而提高了催化劑固有的HER和OER活性。

雖然Ru和NiFe-LDH具有高的電催化OER活性，但是合成的Ru₁/D-NiFe LDH催化劑具有出色的電催化HER性能，電流密度為10 mA cm^-2時(shí)的過(guò)電位低至18 mV，在100 mV過(guò)電位下的周轉(zhuǎn)頻率為7.66 s^-1(是商用Pt/C催化劑的45倍)。

由Ru₁/D-NiFe LDH組裝的雙電極電池在1.72 V的低電池電壓下，在堿性介質(zhì)中的電流密度達(dá)到500 mA cm^-2。

Engineering single-atomic ruthenium catalytic sites on defective nickel-iron layered double hydroxide for overall water splitting. Nature Communications, 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-24828-9

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