Angew：青科大劉希恩團隊在電解水制氫領(lǐng)域取得新進展

化工加

2022年10月12日 15:13

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導讀

近日，青島科技大學化工學院劉希恩教授團隊在電解水制氫領(lǐng)域取得新進展。相關(guān)研究成果以“Boosting Hydrogen Evolution Reaction byPhase Engineering andPhosphorus Doping on Ru/P-TiO₂”為題，發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.上。

可再生能源電力電解水制氫是最具發(fā)展前景的綠色可持續(xù)制氫技術(shù)。目前，堿性介質(zhì)電解水制氫相較于酸性介質(zhì)電解水制氫而言，技術(shù)相對成熟，應(yīng)用更為廣泛。然而，在堿性介質(zhì)中，首先需要發(fā)生水的解離產(chǎn)生質(zhì)子，這使得HER在堿性介質(zhì)中的動力學比酸性介質(zhì)中低2~3個數(shù)量級。同時，根據(jù)Sabatier規(guī)則，高性能HER電催化劑應(yīng)具有合適的氫吸附自由能。因此，協(xié)同優(yōu)化堿性HER的水解離和氫脫附基元步驟至關(guān)重要但極具挑戰(zhàn)性。

本文設(shè)計制備了一種痕量磷摻雜的富氧缺陷二氧化鈦負載Ru團簇復合材料—Ru/P-TiO₂。該材料在堿性介質(zhì)中展現(xiàn)出類似于商業(yè)Pt/C的幾何活性，且質(zhì)量活度比Pt/C提升了34.3倍。實驗結(jié)合理論計算研究表明，金紅石相TiO₂基底相較于銳鈦礦相TiO₂基底更有利于增強HER活性。金紅石TiO₂表面豐富的氧空位有利于促進水的吸附和解離，而摻雜的P以P⁵⁺形式存在，取代部分Ti⁴⁺，有利于促使吸附氫從表面Ru位點溢流到表面P位點從而促進H₂的形成。由此可見，相工程和磷摻雜協(xié)同提升了堿性HER活性。