利用新型介孔二氧化钛晶体的钌原子单分散以及电化学高效析氢
一种独特的仿生矿化刻蚀法,合成钌原子单分散的介孔单晶TiO 2 ,析氢性能极其优异。高分辨透射电子显微镜与元素面扫描测试结果表明,单个钌原子的均匀分散在具有介孔结构的TiO 2 晶体中。结合X射线光电子能谱与电子顺磁共振测试结果,首次证实,钌表现出异常的+5高价态而非+4价,而晶格中的部分钛原子接收来自钌的电子形成Ti 3+ 。在0.1 M KOH电解液中,Ru-TiO 2 的起始过电势仅为82 mV,通过铝还原调节样品的电子结构,其析氢性能得到了进一步的加强,起始过电势降低至45 mV,10 mA/cm 2 的电流密度下过电势仅为150 mV。通过第一性原理的密度泛函计算证明,Ru 5+ 与Ti 3+ 协同作用降低了氢吸附能,使得其与氢吸附火山顶更为接近,从而获得优异的电化学析氢性能。
北京大学
2021-04-11