原创 秦睿等 科学材料站 2021-12-10
文 章 信 息
钌修饰二硒化镍纳米片阵列加速了全解水吸附动力学
第一作者：秦睿
通讯作者：木士春*
单位：武汉理工大学
研 究 背 景
目前，渡金属硒化物因具有适当d电子密度及高的导电性受到人们极大的关注，并被视为最有潜力的全解水电催化剂之一。然而，其HER/OER双功能性能离贵金属基催化材料还有一定距离。如果能采用少量的贵金属改性硒化物，有望大幅提高其电催化活性。其中，钌（Ru）是一种具有低成本和高催化活性特点的贵金属，已有研究表明其可与非贵金属催化剂协同促进电催化反应。因此，钌与硒化物的结合对低成本、高性能的全解水制氢催化剂的研究具有重要的科学意义和潜在应用价值。
文 章 简 介
基于此，来自武汉理工大学的木士春教授团队在国际知名期刊Small上发表题为”Ru-incorporated Nickel Diselenide Nanosheet Arrays with Accelerated Adsorption Kinetics toward Overall Water Splitting”的文章。该工作采用了一种简单的合成策略，将超低载量（2.76 wt%）的Ru与NiSe2进行了有机的结合，在保持NiSe2纳米片阵列结构的同时优化了金属位点上的吉布斯吸附自由能，有效改善了催化剂的OER、HER和全解水性能。
图1. Ru-NiSe2/NF催化剂的合成示意图
本 文 要 点
要点一：DFT理论计算
DFT计算表明， Ru的加入可以优化金属Ni位点上H2O分子和HER/OER中间体的吉布斯吸附自由能，从而加速反应动力学。
图2. DFT理论计算
要点二：Ru的保形作用
Ni（OH）2具有良好的三维纳米片阵列结构，若直接硒化，则形貌会坍缩成纳米褶皱；若在退火前将其浸入Ru3+溶液中，则可以完整地保留纳米片阵列形貌，而且与原始NiSe2相比还具有更优的三维空间结构及更大的电化学比表面积。
要点三：同时具有高效的HER、OER及全解水性能
制备的Ru-NiSe2/NF在OER、HER和全水解过程中表现出高的电催化活性和稳定性。在碱性介质中，当电流密度为10 mA cm-2时，OER过电位仅为210 mV，HER过电位为59 mV，全水解过程也仅需1.537 V。
图3. OER性能
图4. HER性能
图5. 全水解性
要点四：原位拉曼探测OER反应过程
采用原位拉曼技术进一步研究了OER过程，结果表明在OER过程中形成了中间体NiOOH，并伴随着NiSe2的溶解，反应活性中心随之转移。
图6. 原位拉曼光谱
文 章 链 接
Ru-Incorporated Nickel Diselenide Nanosheet Arrays with Accelerated Adsorption Kinetics toward Overall Water Splitting
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202105305
通 讯 作 者 简 介
木士春 教授
武汉理工大学学科首席教授、博士生导师，主要从事质子交换膜燃料电池关键材料与核心器件、电化学产氢和碳纳米材料等研究工作。作为第一作者及通讯作者已在Nat. Commun.、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等国际权威期刊上发表250余篇高质量学术论文，以第一发明人申请国家发明专利近100件，其中授权70余件。
第 一 作 者 介 绍
秦睿，硕士研究生在读，2019年毕业于武汉理工大学材料化学专业，并加入武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室燃料电池课题组攻读硕士学位，主要研究方向为HER/OER催化剂。
课 题 组 介 绍
本研究团队致力于电化学能量转换与储存材料、器件及装置的研究和开发，重点研究方向为质子交换膜燃电池催化材料和核心器件（膜电极等）、锂离子电池电极材料、电解水制氢催化材料及纳米碳催化材料等。