扬州大学庞欢课题组AS研究论文：氧化钨纳米线锚定的钌团簇催化剂应用于双功能氢电催化

【文章信息】

氧化钨纳米线锚定的钌团簇催化剂应用于双功能氢电催化

第一作者：皮业灿

通讯作者：庞欢*

单位：扬州大学，南开大学，同步辐射研究中心（台湾），清华大学（台湾）

【研究背景】

氢电极反应，包含氢析出反应（HER）和氢氧化反应（HOR），是电解水和燃料电池技术的基本反应，也是推动氢能产业发展、实现双碳目标的重要基石。目前氢电极反应主要采用Pt作为催化剂，虽然它具有较好的活性，但是由于其储量低、价格高，导致催化剂的成本较高，而且Pt容易被一氧化碳等杂质毒化而失活，这些都限制了其广泛应用。理论上，Ru具有和Pt接近的氢键结合强度，且其价格约为Pt的1/3，因而被认为是一种很有前途的HER/HOR催化剂。但Ru基催化剂的性能相比Pt仍有很大的提升空间，开发新型的高活性和稳定性的Ru基HER/HOR电催化剂是目前该领域的研究热点之一。

【文章简介】

近日，扬州大学的庞欢教授团队和合作者在国际知名期刊Advanced Science上发表题为“Synergistic Mechanism of Sub-Nanometric Ru Clusters Anchored on Tungsten Oxide Nanowires for High-Efficient Bifunctional Hydrogen Electrocatalysis”的研究论文。该工作通过构筑氧化钨纳米线锚定的Ru亚纳米团簇催化剂（Ru SNC/W18O49 NWs），实现了酸性条件下高效的双功能氢电催化。

研究发现，Ru团簇与氧化钨载体之间的强相互作用不仅有助于稳定Ru纳米簇，而且还通过调节Ru的电子结构，优化了其与氢的结合强度，从而促进了反应中间体的吸附和脱附，最终实现了HER/HOR催化活性的提升。该工作所报道的催化剂有望取代目前价格高昂的Pt催化剂应用于电解水和燃料电池等技术。

【本文要点】

要点一：Ru SNC/W18O49 NWs的合成与形貌表征

本文采用一步水热法制备了氧化钨纳米线锚定的钌团簇催化剂（Ru SNC/W18O49 NWs），通过球差校正透射电镜、EDS-mapping和XRD等对其形貌和结构进行了表征（图1）。

图1. Ru SNC/W18O49 NWs的合成示意图及形貌表征。

要点二： Ru SNC/W18O49 NWs的结构分析

结合X射线光电子能谱（XPS）、X射线近边吸收谱（XANES）和扩展边精细吸收谱（EXAFS）表征，我们发现Ru SNC/W18O49 NWs中的Ru纳米簇通过Ru-O-W键锚定在氧化钨载体上，它们之间这种强的电子相互作用使得Ru失去部分电子而呈现为氧化态（图2）。

皮业灿，2020年博士毕业于苏州大学材料与化学化工学部。2021年加入扬州大学并入选“青年百人”资助计划，现为化学化工学院青年教师。主要研究兴趣为无机纳米材料的设计合成及其在能源催化领域的应用。以第一/通讯作者身份在Angew. Chem. Int. Ed., Nano Lett., ACS Nano, Adv. Funct. Mater., Nano Energy, Chem. Mater.等学术刊物上发表多篇研究论文。主持国家自然科学基金、江苏省自然科学基金各1项。

【课题组介绍】

https://www.x-mol.com/groups/panghuan