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青島科技大學王磊和賴建平課題組--無溶劑微波合成工業化析氫催化劑: Ru-Mo2C@碳納米管具有強金屬-載體相互作用
       探索一種簡單、快速、無溶劑的合成方法,來大規模制備用于工業析氫反應的廉價、高活性電催化劑,是當今最有前途的工作之一。本工作采用一種簡單、快速、無溶劑的微波熱解方法,一步合成了具有非均相結構和強金屬-載體相互作用的超小型(3.5 nm) Ru-Mo2C@CNT催化劑。Ru-Mo2C@CNT催化劑在10mA·cm-2的電流密度下僅需要15mV的過電位,并且在1.0 M KOH中100mV過電位下表現出高達21.9 s-1的周轉頻率。此外,該催化劑在56 mV和78 mV的低過電位下可達到500mA·cm-2和1000mA·cm-2的高電流密度,并表現出1000 h的高穩定性,為其他大規模生產催化劑的合理設計提供了可行的途徑。
 
  
Figure 1. Ru-Mo2C@CNT催化劑的物理表征。包括Ru-Mo2C@CNT的XRD圖譜,透射電鏡圖(插圖是納米顆粒的尺寸分布),Ru-Mo2C@CNT的HRTEM圖像,HAADF-STEM圖像以及相應的EDX元素分布。
 
  
Figure 2. Ru-Mo2C@CNT催化劑的高分辨率XPS光譜,包括C 1s, Ru 3d, Ru 3p, Mo 3d的XPS圖譜。
 
  
Figure 3.催化劑在N2飽和的1.0 M KOH溶液中的電催化HER性能測試。a不同催化劑的HER極化曲線。b從極化曲線獲得的塔菲爾圖。d在1.0 M KOH溶液中,與最近報道的HER催化劑進行Tafel斜率和過電位比較。不同樣品的電位相關的TOF曲線。f 不同樣品在10,000次循環前后的極化曲線比較。
 
  
Figure 4.大規模生產Ru-Mo2C@CNT催化劑用于HER的試驗。a-c.催化劑的照片,直接滴涂在納米纖維上的Ru-Mo2C@CNT催化劑的照片,H2氣泡離開Ru-Mo2C@CNT表面的照片。d.在1.0 M KOH溶液中的極化曲線。e.1.0 M KOH制氫的理論和實驗結果。f.10,000次循環前后的極化曲線對比。g .在1000小時內保持500 mA cm-2所需電勢的時間演變情況,電流-時間(I–t)曲線。h.與文獻的性能相比較。
  
該研究工作由青島科技大學王磊和賴建平課題組于2021年發表在NATURE COMMUNICATIONS期刊上。原文:Solvent-free microwave synthesis of ultra-small Ru-Mo2C@CNT with strong metal-support interaction for industrial hydrogen evolution。

轉自《石墨烯雜志》公眾號

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