Atomares Ru, koordiniert durch Kanalammoniak in V-dotierter Wolframbronze für eine hocheffiziente Wasserstoffentwicklungsreaktion

Die Nutzung von Wasserstoff, der durch elektrochemische Wasserspaltung erzeugt wird, wird allgemein als optimaler Weg zur Erreichung des bevorstehenden Ziels der CO2-Neutralität angesehen.

Daher ist die Entwicklung von Materialien für die Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER) unter einem breiten pH-Bereich im Bereich der Elektrokatalyse im letzten Jahrzehnt äußerst wünschenswert geworden. Aufgrund ihrer außergewöhnlichen intrinsischen Aktivität wurden Metalle der Pt-Gruppe (PGM) für ihr immenses Potenzial erkannt und anschließend bei der Herstellung kommerzieller HER eingesetzt.

Die Synthese atomar dispergierter PGM-Elektrokatalysatoren gilt als herausragende Strategie zur erheblichen Verbesserung der PGM-Nutzung, basierend auf der Prämisse, eine außergewöhnliche intrinsische Aktivität zu bewahren. Die hochdispersen PGM-Atome benötigen im Allgemeinen einen Träger, der durch eine elektronenreiche Koordinationsumgebung gekennzeichnet ist, die typischerweise durch Metallverbindungen mit reichlich Leerstellen oder mit Heteroatomen dotierter Kohlenstoff bereitgestellt wird.

Allerdings sind die Bildung von Leerstellen und die Dotierung von Materialien auf atomarer Ebene immer zufällig, was zu einer schlechten Kontrolle der Verteilung der PGM-Atome führt. Obwohl Koordinationskonfigurationen durch Röntgenabsorptionsmessungen charakterisiert werden können, bleibt die effektive Manipulation der räumlichen Verteilung von PGM-Atomen eine entscheidende und gewaltige Herausforderung bei der Entwicklung atomar dispergierter PGM-Elektrokatalysatoren.

Kürzlich berichtete ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Weilin Spezies in den hexagonalen Kanälen von Vanadium-dotierter Wolframbronze (V-NHWO).

Die einzigartige Integration von atomarem Ru kann nicht nur die enge Wechselwirkung zwischen Ru-Atomen und V-NHWO fördern, sondern auch die Ru-Nutzung verbessern. Wenn es als Elektrokatalysator für HER eingesetzt wird, zeigt es eine bemerkenswerte HER-Leistung mit einer um ein Vielfaches zunehmenden Massenaktivität gegenüber Pt/C in einem weiten pH-Bereich.

Theoretische Berechnungen ergaben, dass die vertikal integrierten mehrkanaligen Ru-Atomstellen in V-dotierten Kanälen sowie die koexistierenden Ru-Zentren ohne den Mehrkanal- oder V-dotierten Effekt die verbesserte freie Energie der Wasserdissoziation und Wasserstoffsorption beeinflussen, was letztlich zu einer verbesserten freien Energie der Wasserdissoziation und Wasserstoffsorption führt, was letztlich zu einer verbesserten freien Energie der Wasserdissoziation und Wasserstoffsorption führt Förderung der HER-Aktivität. Die Ergebnisse wurden veröffentlicht in Chinesisches Journal für Katalyse.