Недавно исследовательская группа профессора Ли Баоцяна из команды академика Чжоу Юя института материаловедения создала электрокатализатор на основе рутения и углеродных точек, богатых вакансиями (RU@CDs), объединив углеродные наночастицы, богатые вакансиями (CDs), с рутением (RU), и раскрыла механизм улучшения активность электрокаталитического выделения водорода путём сильного связывания электронов. Это достижение не только расширяет сферу применения CDs, но и дает новые идеи для разработки новых высокоэффективных электрокатализаторов для выделения водорода. Статья по теме “Сильная электронная связь Ru и богатых вакансиями углеродных точек для синергически усиленной реакции выделения водорода" (Strong Electron Coupling of Ru and Vacancy-rich Carbon Dots for Synergistically Enhanced Hydrogen Evolution Reaction) была опубликована в журнале "Small" (Малый). Первым автором работы является Лю Цзунлинь, докторант набора 2019 года института материаловедения. Наш университет является первой организацией-корреспондентом статьи, а профессор Ли Баоцян - первым автором-корреспондентом.
Новая энергетика является актуальной темой в промышленной области и научной сфере, среди которых водородная энергетика в настоящее время признана чистым источником энергии. Электролитическое получение водорода зависит от высокопроизводительных электрокатализаторов. Ru считается идеальным заменителем электрокатализаторов на основе платины (Pt) из-за его прочности сцепления металл-водород, сходной с платиной, и низкой стоимости (цена составляет всего 5% от платины). Однако электрокаталитическая активность RU все еще нуждается в улучшении. Кроме того, высокая энергия сцепления самого RU может легко вызвать агломерацию, что приведет к снижению его электрокаталитической активности. Разработка вакансий с возможностью регулирования физических, химических и электронных свойств наноматериалов обеспечивает решения для повышения каталитической активности электрокатализаторов. Однако непосредственно создавать вакансии в элементах RU довольно тяжело, поэтому для их обогащения необходим подходящий субстрат. Благодаря наличию богатых внутренних вакансий, быстрому переносу электронов, высокой стабильности и большой удельной поверхности, CDs подходит для разработки новых электрокатализаторов в сочетании с RU. CDs с богатыми внутренними вакансиями и функциональными группами могут стабилизировать структуру RU-CDs посредством закрепления и координации. Кроме того, ограничивающий эффект CDs может повысить его стабильность за счет ингибирования агломерации наночастиц RU.
Чтобы решить проблему низкой каталитической активности и свойственности к агломерации катализаторов RU, исследовательская группа профессора Ли Баоцяна из команды академика Чжоу Юя, предложила и реализовала комбинацию RU и CDs, богатых вакансиями, создала RU@CDs. Материал не только умело вводит вакансии в композитную структуру RU, что, в свою очередь, эффективно снижает нестабильность и агломерацию наночастиц RU, но также значительно улучшает его электрокаталитическую активность. Ru@CDs обладает превосходными каталитическими свойствами, с низким перенапряжением (30 mV, когда плотность тока достигает 10 мА cm-2 в 1 моль гидроксида натрия) и низким наклоном Тафеля (22 mV dec-1). Каталитическая активность Ru@CDs сопоставима или даже превосходит коммерческие катализаторы Pt/C и катализаторы на основе RU, описанные в литературе. Методами экспериментов и теоретических расчетов исследовательская группа показала, что электронное взаимодействие между богатыми вакансиями и RU@CDs синергетически снижает промежуточный энергетический барьер, тем самым максимизируя активность электрокатализатора RU@CDs.
Ссылка на статью：https://doi.org/10.1002/smll.202102496
