Angew：青科大刘希恩团队在电解水制氢领域取得新进展

化工加 2022年10月12日 15:13

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导读

近日，青岛科技大学化工学院刘希恩教授团队在电解水制氢领域取得新进展。相关研究成果以“Boosting Hydrogen Evolution Reaction byPhase Engineering andPhosphorus Doping on Ru/P-TiO₂”为题，发表在Angew. Chem. Int. Ed.上。

可再生能源电力电解水制氢是最具发展前景的绿色可持续制氢技术。目前，碱性介质电解水制氢相较于酸性介质电解水制氢而言，技术相对成熟，应用更为广泛。然而，在碱性介质中，首先需要发生水的解离产生质子，这使得HER在碱性介质中的动力学比酸性介质中低2~3个数量级。同时，根据Sabatier规则，高性能HER电催化剂应具有合适的氢吸附自由能。因此，协同优化碱性HER的水解离和氢脱附基元步骤至关重要但极具挑战性。

本文设计制备了一种痕量磷掺杂的富氧缺陷二氧化钛负载Ru团簇复合材料—Ru/P-TiO₂。该材料在碱性介质中展现出类似于商业Pt/C的几何活性，且质量活度比Pt/C提升了34.3倍。实验结合理论计算研究表明，金红石相TiO₂基底相较于锐钛矿相TiO₂基底更有利于增强HER活性。金红石TiO₂表面丰富的氧空位有利于促进水的吸附和解离，而掺杂的P以P⁵⁺形式存在，取代部分Ti⁴⁺，有利于促使吸附氢从表面Ru位点溢流到表面P位点从而促进H₂的形成。由此可见，相工程和磷掺杂协同提升了碱性HER活性。