2019年2月8日
与商业铂催化剂相比，一种独特的钌基催化剂在加州大学圣克鲁斯分校在碱性水电解制氢中表现出明显更好的性能。催化剂是一种纳米结构复合材料，由碳纳米线和钌原子组成，钌原子与碳和氮结合，在碳基体内形成活性中心。
碳纳米线与钌和氮共掺杂的电镜观察结果表明，钌纳米线的表面布满了钌纳米颗粒。欧洲杯猜球平台元素映射分析显示了碳矩阵中的单个钌原子。(图片来源:卢等人，自然通讯)
电化学分解水生成氢是氢作为清洁、环保燃料发展的关键步骤。为了降低成本和提高这一过程的效率，大量的努力集中在寻找昂贵的铂基催化剂的替代品上。
在加州大学圣克鲁斯分校，由化学和生物化学教授陈绍伟领导的科学家们一直在探索将氮和钌整合到碳基纳米复合材料中所产生的催化剂。他们的新发现发表在2月7日的欧洲杯足球竞彩th的问题自然传播，不仅展示了钌基催化剂的卓越性能，还深入了解了相关机理，为进一步改进铺平了道路。
这清楚地证明了钌在催化水制氢方面具有显著的活性。我们还在原子尺度上对该材料进行了表征，这有助于我们理解其机理，并将这些结果用于钌基催化剂的合理设计和工程。
陈少伟，加州大学圣克鲁斯分校化学和生物化学教授。
该材料的电子显微镜和元素映射分析揭示了钌纳米颗粒以及碳基体中分离的钌原子。值得注意的是，科学家们发现催化活性的关键部位是单个钌原子，而不是钌纳米颗粒。欧洲杯猜球平台
这是一个突破，因为许多研究将催化活性归因于钌纳米颗粒。我们发现单原子是主要的活性中心，尽管纳米颗粒和单原子都有助于活性。欧洲杯猜球平台
陆炳章，研究第一作者和研究生，陈氏实验室，加州大学圣克鲁斯分校。
卢与合著者、化学和生物化学助理教授袁平合作进行了理论计算，解释了为什么钌单原子比钌纳米颗粒更具活性的催化中心。欧洲杯猜球平台
“我们从第一性原理独立进行了计算，以展示钌如何在这种材料中与碳和氮形成键，以及它如何降低反应势垒以获得更好的催化活性，”萍说。
陈已申请专利，用于钌基催化剂的实验制备。他观察到，除了制氢作为可持续能源系统的一部分的潜在应用外，碱水电解已经广泛应用于化学部门，一种称为氯碱电解的相关工艺也可以使用钌催化剂。因此，廉价、高效的催化剂已经有了很大的市场。
电解水制氢可以在碱性或酸性条件下进行，每种技术都有优缺点。与碱性介质相比，铂催化剂在酸性介质中的应用效果要大得多。陈说，钌基催化剂在酸性介质中的性能几乎与铂相当，而在碱性介质中则优于铂。
今后，科学家们将致力于最大限度地增加材料中的活性位点数量。他说，他们还可能在同一纳米复合材料平台上探索其他金属的用途。
除了Chen, Lu和Ping，论文的合著者还包括来自UC Santa Cruz的Lin Guo, Feng Wu, Yi Peng, Jia En Lu和Tyler Smart;华南理工大学的王楠(音译);邹芬弗洛克(Zou Finfrock);达尔豪斯大学的大卫·莫里斯和张鹏;以及北京大学的李宁和高鹏。这项研究得到了美国国家科学基金会和加州大学圣克鲁兹分校的帮助。欧洲杯线上买球