探索一種簡單、快速、無溶劑的合成方法，來大規(guī)模制備用于工業(yè)析氫反應(yīng)的廉價、高活性電催化劑，是當(dāng)今最有前途的工作之一。本工作采用一種簡單、快速、無溶劑的微波熱解方法，一步合成了具有非均相結(jié)構(gòu)和強(qiáng)金屬-載體相互作用的超小型(3.5 nm) Ru-Mo2C@CNT催化劑。Ru-Mo2C@CNT催化劑在10mA·cm-2的電流密度下僅需要15mV的過電位，并且在1.0 M KOH中100mV過電位下表現(xiàn)出高達(dá)21.9 s-1的周轉(zhuǎn)頻率。此外，該催化劑在56 mV和78 mV的低過電位下可達(dá)到500mA·cm-2和1000mA·cm-2的高電流密度，并表現(xiàn)出1000 h的高穩(wěn)定性，為其他大規(guī)模生產(chǎn)催化劑的合理設(shè)計提供了可行的途徑。
Figure 1. Ru-Mo2C@CNT催化劑的物理表征。包括Ru-Mo2C@CNT的XRD圖譜，透射電鏡圖（插圖是納米顆粒的尺寸分布），Ru-Mo2C@CNT的HRTEM圖像，HAADF-STEM圖像以及相應(yīng)的EDX元素分布。
Figure 2. Ru-Mo2C@CNT催化劑的高分辨率XPS光譜，包括C 1s, Ru 3d, Ru 3p, Mo 3d的XPS圖譜。
Figure 3．催化劑在N2飽和的1.0 M KOH溶液中的電催化HER性能測試。a不同催化劑的HER極化曲線。b從極化曲線獲得的塔菲爾圖。d在1.0 M KOH溶液中，與最近報道的HER催化劑進(jìn)行Tafel斜率和過電位比較。不同樣品的電位相關(guān)的TOF曲線。f 不同樣品在10，000次循環(huán)前后的極化曲線比較。
Figure 4．大規(guī)模生產(chǎn)Ru-Mo2C@CNT催化劑用于HER的試驗。a-c.催化劑的照片，直接滴涂在納米纖維上的Ru-Mo2C@CNT催化劑的照片，H2氣泡離開Ru-Mo2C@CNT表面的照片。d.在1.0 M KOH溶液中的極化曲線。e.1.0 M KOH制氫的理論和實驗結(jié)果。f.10，000次循環(huán)前后的極化曲線對比。g .在1000小時內(nèi)保持500 mA cm-2所需電勢的時間演變情況，電流-時間(I–t)曲線。h.與文獻(xiàn)的性能相比較。
該研究工作由青島科技大學(xué)王磊和賴建平課題組于2021年發(fā)表在NATURE COMMUNICATIONS期刊上。原文：Solvent-free microwave synthesis of ultra-small Ru-Mo2C@CNT with strong metal-support interaction for industrial hydrogen evolution。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號
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