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鹼性氫氧化反應（HOR）的緩慢動力學嚴重限制了陰離子交換膜燃料電池的發展。
近日，加州大學爾灣分校忻獲麟教授，廣西大學劉熙俊通過理論和實驗相結合的方法開發了一種針對最佳HOR催化劑的設計策略，並通過原位技術加深了對HOR反應機理的理解。
本文要點
要點1.研究人員首先通過密度泛函理論（DFT）計算預測出在篩選的單原子和雙原子中心體系中，Ru-Ni雙原子位點具有最佳的HOR催化活性。在理論預測的基礎上，採用溶解碳化法合成了摻氮多孔碳負載的Ru-Ni雙原子位點催化劑（RuNi/NC）。
要點2.實驗結果表明，具有Ru-Ni雙原子位點的RuNi/NC催化劑在鹼性電解液中表現出良好的電催化HOR活性，在50 mV過電位下的質量比動力學電流密度為132.6±3.3 mA mgRuNi−1，交換電流密度為2.69±0.0 6 mA cm−2，優於單原子中心催化劑和大多數鹼性HOR催化劑。此外，該催化劑還表現出良好的抗CO能力和HOR穩定性。
要點3.SECM研究表明，RuNi/NC的優異電化學活性源於Ru-Ni雙原子中心。DFT計算和原位X射線吸收光譜研究進一步揭示了Ru和Ni在HOR過程中促進分子H2解離和加強OH吸附的協同作用。
Lili Han, et al, Design of Ru-Ni diatomic sites for efficient alkaline hydrogen oxidation, Sci. Adv.,2022
DOI: 10.1126/sciadv.abm3779
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm3779
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