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化学工程与技术学院田新龙教授团队在化工领域Top期刊《Chemical Engineering Journal》发表研究论文
2022年01月06日 11:14   点击:

近日,田新龙教授团队在化工领域Top期刊《Chemical Engineering Journal》(IF=13.273)发表研究论文,论文题目为“Bridge the activity and durability of Ruthenium for hydrogen evolution reaction with the Ru-O-C link”。论文通过利用具有极强键能的Ru-O键实现了高性能和高稳定性Ru基电解水催化剂的可控合成。2019级硕士研究生杨瑛杰为论文第一作者,李静讲师、邓培林讲师和田新龙教授为共同通讯作者。

氢能是替代化石能源实现碳中和的重要选择。截止2020年底,我国氢能消耗量已突破2500万吨,氢燃料电池汽车保有量为7355辆,已建成加氢站128座。《中国氢能产业发展报告2020》预计,到2050年,氢能在交通运输、储能、工业、建筑等领域广泛使用,氢能产业链产值扩大,产业产值将超过10万亿元,我国也将进入氢能社会。2021年3月,氢能被列入国家未来六大产业之一。当前工业制氢的方式主要有化石燃料制氢、焦炉气制氢、甲醇裂解制氢和电解水制氢。其中,电解水制氢产生的“绿氢”是规模化绿色产氢的最优途径,而开发性能优异,低成本的无铂催化剂是推动氢能技术应用的关键环节和有效途径。

团队利用氧化石墨烯(GO)的富氧官能团吸附Ru物种,并通过退火原位生成还原氧化石墨烯负载的Ru纳米粒子析氢催化剂(Ru/rGO-700)。Ru/rGO-700在碱性条件中达到10 mA cm-2的电流密度下仅仅需要26 mV的超低过电位,同时载体和锚定的Ru纳米粒子之间的Ru-O键引起的强相互作用赋予了催化剂理想的稳定性,在经过50,000圈耐久性测试循环后,催化剂的活性几乎没有衰减。密度泛函理论(DFT)计算表明,阴离子氧的引入导致Ru纳米粒子的缺电子特性,这削弱了Ru-H键并利于水的解离和氢的解吸。此外,综合晶体轨道哈密顿布居(ICOHP)证实电子空穴的引入削弱了Ru原子之间的反键相互作用,从而大大提高了催化剂的稳定性。

该工作得到了海南省研究生创新研究课题(Hyb2020-05),国家自然科学基金(21805104, 22109034, 22109035, 52164028, 62105083),海南省重点研发计划(ZDYF2020207,ZDYF2020037)和海南大学科研启动基金(KYQD(ZR)-20008, 20082, 20083, 20084, 21065, 21124, 21125)资助。

文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S138589472105991X?via%3Dihub


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