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電化學(xué)分解水制氫被認(rèn)為是滿足可再生清潔能源需求的有效途徑。貴金屬鉑，在酸性條件下是最有效的析氫催化劑，但在堿性或中性電解液中，鉑在析氫過程中水解離能力差，轉(zhuǎn)化效率較酸性條件下低2至3個(gè)數(shù)量級(jí)。非貴金屬催化劑基于成本優(yōu)勢(shì)被廣泛研究，但是析氫過電勢(shì)和耐久性仍然低于鉑基催化劑。針對(duì)上述問題，將貴金屬和過渡金屬合金化是提高催化活性和穩(wěn)定性，降低成本的有效途徑，但是對(duì)于合金催化劑高效率的催化背后來源卻仍需探索。因此，尋求堿性和中性電解液下的高效催化劑，以及探明其催化機(jī)制是研究者們待解決的焦點(diǎn)問題。

為此，譚勇文教授團(tuán)隊(duì)通過傳統(tǒng)冶金技術(shù)結(jié)合脫合金工藝，制備出不同比例的三維納米多孔Cu-Ru合金。得益于多孔合金的高比表面積以及合金原子的協(xié)同作用，作為堿性電催化析氫催化劑，Ru-Cu合金(np-Cu₅₃Ru₄₇)表現(xiàn)出比商用Pt/C催化劑更高的活性和耐久性。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步采用原位同步輻射表征和理論模擬計(jì)算等手段對(duì)納米多孔銅釕合金在真實(shí)催化條件下進(jìn)行系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)釕原子摻入銅基體中，調(diào)制了合金的電子結(jié)構(gòu)，不僅加快了水分子吸附和活化的反應(yīng)步驟，還優(yōu)化銅位點(diǎn)及釕位點(diǎn)對(duì)氫中間體的吸附-解吸能壘。這項(xiàng)工作不僅成功地合成了雙金屬合金并系統(tǒng)的研究其催化活性來源，而且為實(shí)現(xiàn)廉價(jià)而有效的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)開辟了道路。

上述研究受到國家自然科學(xué)基金、中央高校基本科研基金、湖南大學(xué)汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)項(xiàng)目和中南大學(xué)粉末冶金國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題的資助。

文章詳見鏈接：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.9b02374