中科大章根强团队AM：超低电压、工业级电流密度下肼辅助电催化制氢！

第一作者：Yin Zhua, Yanxu Chen

通讯作者：章根强、夏静

通讯单位：中国科学技术大学、中国科学院理化技术研究所

论文速览：

肼氧化辅助水分解是解决大规模H2生产中高能耗的关键技术。钌基电催化剂具有协同析氢(HER)和肼氧化(HzOR)催化的前景，但受到反应物中间体过度表面吸附的阻碍。

在本文设计了锚定在NiFe-LDH上的Ru团簇（Ruc/NiFe-LDH），它通过构建Ru-O-Ni/Fe桥有效地增强了Ru的中间吸附能力。

值得注意的是，它在0.43 V的空前低电压下实现了1 A cm-2的工业电流密度，节省了3.94kWh m-3 H2的能源，并在5 A cm-2的高电流密度下表现出超过120小时的出色稳定性。

高端表征和理论计算表明，Ru-O-Ni/Fe桥的存在拓宽了Ru团簇的d带宽度，导致较低的d带中心和反键轨道上较高的电子占据率，从而促进了Ru的适度吸附能和增强的催化活性。

图文导读：

图1：Ruc/NiFe-LDH的合成示意图、形态和元素特征。

图2：X射线衍射（XRD）图谱、X射线光电子能谱（XPS）和X射线吸收光谱（XANES）等对Ruc/NiFe-LDH的晶体结构和电子状态进行了表征。

图3：Ruc/NiFe-LDH在1.0 M KOH溶液中的电催化析氢反应（HER）和肼氧化反应（HzOR）的性能。

图4：Ruc/NiFe-LDH作为双功能电极的两电极电解池在肼辅助水分解（OHzS）中的性能。

图5：理论计算研究

总结展望：

本研究构建了Ru-O-Ni/Fe桥接结构，显著提高了Ru团簇的中间体吸附能力，并通过调节Ru的d带中心，实现了对Ru表面吸附能的优化。Ruc/NiFe-LDH在10 mA cm-2的电流密度时，析氢反应（HER）和肼氧化反应（HzOR）分别仅需26 mV和-75 mV的过电位。

在两电极电解池中，在0.43 V的超低电压下达到了1 A cm-2的工业级电流密度，并在5 A cm-2下稳定运行超过120 h，展示了其在实际肼辅助制氢的卓越应用潜力。本工作不仅为设计高性能的肼氧化电催化剂提供了新思路，也为通过调节金属催化剂的d带宽度来优化其催化性能提供了理论指导。

文献信息：

标题：Constructing Ru-O-TM Bridge in NiFe-LDH Enables High Current Hydrazine-assisted H2 Production

期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202401694