電解水制氫作為一種高效、環保和可大規模製備氫氣的應用技術，符合碳減排和碳中和的發展需求，已受到人們的廣泛關注。而電解水制氫技術的關鍵在於設計高效的催化劑降低反應能耗。其中，釕（Ru）具有與鉑（Pt）金屬類似的金屬-氫結合能，且其價格僅有Pt的4%，具有廣闊的應用前景。因此，如何設計低含量Ru的高效析氫電催化劑將是當前的研究焦點之一。
近日，西安交通大學的王蘭蘭博士和西北工業大學張健教授課題組合作，以Mo@MoOx納米絲作為載體，採用浸漬和熱解法將Ru錨定於納米絲表面（Ru-Mo@MoOx）作為鹼性介質中的析氫（HER）催化劑。結果表明，Mo納米絲核表面的氧化鉬殼成功錨定Ru金屬（0.24 wt%），且Ru元素均勻分布於納米絲表面。此外，XPS結果也表明Ru-Mo@MoOx中Ru的價態為0~+4價，表明形成Ru-O-Mo結構。
圖1. a）Mo-Mo@MoOx納米絲和b）Ru-Mo@MoOx納米絲的SEM圖；Ru-Mo@MoOx的c）TEM圖，d）高倍數的TEM圖，e-h）HR-TEM圖，i-l）HAADF-STEM圖和相應的元素麵掃描圖。
圖2. a）Mo@MoOx和Ru-Mo@MoOx納米絲的XPS全譜圖；b）Ru-C、RuO2和Ru-Mo@MoOx納米絲的Ru 3p的高分辨率XPS譜圖。
負載Ru後的Mo@MoOx納米絲可直接作為自支撐電極用於鹼性析氫反應，Ru的引入大幅度提高了載體的析氫性能。當獲得10 mA cm-2電流密度時，HER過電位僅為16 mV，優於商業的Pt-C、Ru-C和先前報道的大多數Ru基催化劑的HER性能。而且Ru-Mo@MoOx催化劑具有極好的Tafel斜率（~30 mV dec-1）、電化學阻抗（2.1 Ω）和較好的長期穩定性（~100 h）。Ru-Mo@MoOx催化劑較好的HER性能得益於載體對Ru金屬的電子調控作用（優化吸附和水解離能力）、較好的電荷傳輸和傳質效率。該工作不僅為設計合成高效穩定的Ru基催化劑提供了新穎的策略，而且也為金屬氧化物載體調控金屬材料的電催化性能提供了思路。
圖3. a) 不同催化劑的極化曲線，b) 起始電位、10 mA cm-2和100 mA cm-2電流密度下的過電位對比圖，c）Tafel斜率曲線；d）Ru-Mo@MoOx催化劑與先前報道的Ru基催化劑HER性能的對比；e）EIS測試；f）長期穩定性測試。
論文信息
Ru anchored on Mo@MoOx nanowires as self-supported electrocatalysts for efficient hydrogen production in alkaline media
文章第一作者為西安交通大學王蘭蘭博士。
Lanlan Wang, Zhengpeng Liu, Prof. Jian Zhang
ChemNanoMat
DOI: 10.1002/cnma.202200309
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