武汉大学罗威Angew.：RuS2用于碱性氢氧化电催化！|催化剂|光谱|原子|武汉大学|氢氧化电|活性|罗威

研究内容

寻找高效、经济的碱性氢氧化反应(HOR)电催化剂对碱性聚合物膜燃料电池的发展至关重要。

武汉大学罗威报道了一种通过引入硫(S)空位来活化黄铁矿型RuS 2 用于碱性HOR电催化的有效策略。S空位改性RuS 2-x 表现出优于HOR的活性，电流密度为0.676 mA cm -2 ，质量活性为1.43 Ma μg -1 ，分别是Ru催化剂的15倍和40倍。相关工作以“ Activating and Identifying the Active Site of RuS 2 for Alkaline Hydrogen Oxidation Electrocatalysis ”为题发表在国际著名期刊 Angewandte Chemie International Edition 上。

研究要点

要点1. 作者提出了一种引入硫空位的有效策略，提高黄铁矿型RuS 2 催化剂的碱性HOR性能。

要点2. 与HOR性能可忽略不计的纯RuS 2 相比，获得的具有优化S空位的RuS 2-x 催化剂显示出显著增强的碱性HOR性能，电流密度为0.676 mA cm -2 ，质量活性为1.43 mA μg -1 ，分别是Ru的15倍和40倍。

要点3. 原位拉曼光谱证明了在HOR过程中S-H键的形成，确定RuS 2-x 的S原子是HOR催化的真正活性位点。密度泛函理论(DFT)计算和原位表面增强红外吸收光谱(SEIRAS)表明，S空位的引入可以合理地改变S原子的p轨道，从而提高RuS 2-x 表面S位点与H原子之间的结合强度，加上氢键网络连接性的提高和水形成能的降低有助于提高HOR性能。

研究图文

图1. （a）RuS 2-x 的一般合成过程示意图。（b）RuS 2-x -2.5h、RuS 2-x -3h和RuS 2-x -3.5h的x射线衍射图。（c）Ru、RuS 2 、RuS 2-x -3h和RuO 2 的实验Ru L 2,3 -edge XANES。（d）RuS 2-x 的S 2p的XPS。（e）RuS 2-x -2.5h、RuS 2-x -3h和RuS 2-x -3.5h的EPR光谱。RuS 2-x -3h的（f）TEM和（g）Cs校正的HAADF-STEM。（h）g中RuS 2-x STEM的FFT。对应于衍射点(323)（i）和(123)（j）的IFFT。（k）RuS 2-x 的HAADF STEM和相应EDX。

图2.（a）RuS 2-x 、Ru、Pt和RuS 2 在Ar饱和的0.1 M KOH中，以50 mV s -1 的扫描速率的CV。（b）RuS 2-x 、Ru、Pt和RuS 2 催化剂在H 2 饱和的0.1 M KOH中，在1600 rpm的转速下，扫描速率为10 mV s -1 的ECSA归一化的HOR极化曲线。（c）RuS 2-x 在H 2 饱和的0.1 M KOH溶液中，在2500至400 rpm的转速下的极化曲线变化。（d）根据Butler-Volmer方程拟合的RuS 2-x 、Ru、Pt和RuS 2 的HOR极化曲线导出的Tafel图。（e）RuS 2-x 、Ru、Pt和RuS 2 催化剂的交换电流密度(j 0，s )和质量活性(j k，m )(@50 mV)的比较。（f）RuS 2-x 的j k，m 和j 0，s 与先前文献中报道的贵金属基电催化剂的比较。

图3.（a）RuS 2-x 和（b）RuS 2 在0.1 M KOH中，0 mV至140 mV的不同电势下的原位拉曼光谱。RuS 2-x 在1 mM Zn(NO 3 ) 2 溶液中浸泡30 s前后的（c）HOR极化曲线和（d）交换电流密度(j 0 )。（e）RuS 2-x 和（f）RuS 2 在0.1 M KOH中，在0 V至0.2 V vs RHE的电势下记录的原位SEIRAS光谱的O-H拉伸振动特征的反卷积。

图4.（a）RuS 2 和RuS 2-x 在Ru位点上的氢结合能。（b）RuS 2 和RuS 2-x 中Ru 4d轨道和S 2p轨道的p-DOS。（d）S空位修饰S原子p轨道的方案。（e）RuS 2-x -1、RuS 2-x 和RuS 2-x -2的氢结合能。（f）Ru、RuS 2 和RuS 2-x 上的水形成能垒以及相应的理论结构过渡态(OH-H)*。

文献详情

Activating and Identifying the Active Site of RuS 2 for Alkaline Hydrogen Oxidation Electrocatalysis

Chaoyi Yang, Jianchao Yue, Guangqin Wang, Wei Luo*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI : https://doi.org/10.1002/anie.202401453