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我组在《Nat. Commun.》发表论文并被Argonne National Laboratory网站highlight

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单原子催化剂由于其高的活性和高的原子利用率,近几年来备受青睐。但是由于单原子在热力学上极不稳定,在催化的过程中很容易团聚导致活性的丧失。

近日,孙晓明课题组的博士生李鹏松通过利用水滑石和单原子钌之前的电子耦合作用,巧妙地设计了一种具有高活性且稳定的电解水析氧催化剂。该成果以题为Boosting Oxygen Evolution of Single-Atomic Ruthenium through Electronic Coupling with Cobalt-Iron Layered Double Hydroxides发表在国际顶级期刊Nature Communications上。通讯作者为北京化工大学的孙晓明教授,刘文教授,俄勒冈州立大学冯振兴教授。

通过细致的研究发现,在此种催化剂中,钌以氧桥键的形式与水滑石的金属离子相连,在水滑石表面呈现单原子分散,并且单原子钌得到了电子结构的优化,活性得到了提高。在OER过程中,其10mA/cm2电流密度下的过电位仅为198 mVTafel斜率仅为39 mV dec−1,性能远远优于钴铁水滑石以及商业RuO2催化剂。此外,该催化剂也展现出优异的稳定性,在给定的工作电压下, 经过24小时的催化后,初始电流仅衰减1%。经过进一步的原位测试发现,这主要是因为此种单原子钌具有很高的局部结构可逆性,且在OER工作过程中被水滑石稳定在低于4价的状态,避免了钌的溶解。该工作中催化剂制备简单,易于工业化生产。此外,该工作为水滑石材料作为基底材料负载单原子在电催化领域的应用和设计提供了借鉴。

同时感谢北京工业大学的张跃飞教授,高能物理所郑黎荣研究员对本工作的指导和帮助。

  该论文并被Argonne National Laboratory网站highlight。 

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原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-09666-0.pdf

Argonne National Laboratory网站链接:

https://www.aps.anl.gov/APS-Science-Highlight/2019-07-25/a-highly-active-single-atom-electrocatalyst-for-oxygen-evolution