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【研究背景】
水分解是一个热力学上坡的过程，阴极的析氢反应（HER）和阳极的析氧反应（OER）都需要高过电位，因此电解水反应中通常需要较高催化活性的双功能催化剂。钌基催化剂具有与铂相当的金属氢键强度且价格低得多，被认为是最有前途的铂替代品之一。先前的研究表明，Ru基催化剂的催化活性取决于其电子结构并且目前人们已开发出多种手段改善其电子结构，但目前在工业级电流密度下的电化学水分解催化活性仍远未达到预期，这也被认为是钌基催化剂广泛应用的关键挑战。
【工作介绍】
近日，上海大学赵玉峰团队提出了一种新型电催化剂，其极少量（0.85 wt%）的 Ru 纳米团簇通过牢固的 Cr-O-Ru 键锚定在 Cr 掺杂的铁金属有机框架（Ru@Cr-FeMOF）上。并且发现这种结构有利于快速电子转移并操纵Ru位点的最高占据d轨道和d带中心，有利于析氧反应（OER）和析氢反应（HER）催化。所制备的催化剂在碱性溶液中表现出优异的反应活性，HER反应活性为21 mV@10 mA?cm-2，OER反应活性为230 mV@50 mA cm-2，并组装为全解水装置可在工业级电流密下获得了1.72 V@1000 mA cm-2的全解水性能。该文章发表于Advanced Functional Materials上，文章第一作者为上海大学硕士研究生赵晨妃，通讯作者为上海大学赵玉峰教授和鲁雄刚教授。
【内容表述】
1. Ru@Cr-FeMOF的合成及结构表征
本文利用两步水热法制备了极低Ru含量(0.85 wt%)的新型双功能HER/OER催化剂结合TEM、XPS、XANES和EXAFS等相关表征结果得出结论，Cr掺杂可以通过Ru-O-Cr键增强金属与载体之间的相互作用，从而导致Ru纳米团簇的均匀分散，同时所形成的Ru-O-Cr键可以有效地调节局部Fe和Ru位点的电子结构。证明Cr掺杂FeMOF有利于Ru纳米团簇的限域生长和均匀分布(1.2~2.2nm）。
