谭勇文课题组：三维纳米多孔金属Cu-Ru合金电催化制氢最新进展

kejibu

谭勇文课题组在国际知名材料能源期刊《ACS Energy Letters》（IF:16.331）发表题为“Identifying Electrocatalytic Sites of the Nanoporous Copper–Ruthenium Alloy for Hydrogen Evolution Reaction in Alkaline Electrolyte”的研究论文。硕士研究生吴秋丽为论文的第一作者，上海工业大学罗敏副教授为该论文的共同第一作者，谭勇文教授为通讯作者。

       电化学分解水制氢被认为是满足可再生清洁能源需求的有效途径。贵金属铂，在酸性条件下是最有效的析氢催化剂，但在碱性或中性电解液中，铂在析氢过程中水解离能力差，转化效率较酸性条件下低2至3个数量级。非贵金属催化剂基于成本优势被广泛研究，但是析氢过电势和耐久性仍然低于铂基催化剂。针对上述问题，将贵金属和过渡金属合金化是提高催化活性和稳定性，降低成本的有效途径，但是对于合金催化剂高效率的催化背后来源却仍需探索。因此，寻求碱性和中性电解液下的高效催化剂，以及探明其催化机制是研究者们待解决的焦点问题。
       为此，谭勇文教授团队通过传统冶金技术结合脱合金工艺，制备出不同比例的三维纳米多孔Cu-Ru合金。得益于多孔合金的高比表面积以及合金原子的协同作用，作为碱性电催化析氢催化剂，Ru-Cu合金(np-Cu53Ru47)表现出比商用Pt/C催化剂更高的活性和耐久性。团队进一步采用原位同步辐射表征和理论模拟计算等手段对纳米多孔铜钌合金在真实催化条件下进行系统的研究，发现钌原子掺入铜基体中，调制了合金的电子结构，不仅加快了水分子吸附和活化的反应步骤，还优化铜位点及钌位点对氢中间体的吸附-解吸能垒。这项工作不仅成功地合成了双金属合金并系统的研究其催化活性来源，而且为实现廉价而有效的能量转换系统开辟了道路。
        上述研究受到国家自然科学基金、国家项目、中央高校基本科研基金、湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室自主研发项目和中南大学粉末冶金国家重点实验室开放课题的资助。
         文章详见链接：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.9b02374

         谭勇文,湖南大学“岳麓学者”，博士生导师。2012年获得上海交通大学材料学专业博士学位，随后赴日本东北大学原子分子材料科学高等研究机构从事博士后研究，取得助手研究员职位。近年来主要从事三维微纳结构金属功能材料的设计、制备、复合及其应用研究，并取得了多项国际影响的研究成果。先后在Nature Commun., Adv. Mater., Energy. Environ. Sci.,    Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater.等国际知名期刊上发表论文20余篇，影响因子大于10的10篇，研究工作多次被Nature、Nature China、Materials View等国际学术媒体作亮点报导，选为Hot papers 1次，选为封面论文2次，2篇入选“ESI高被引论文”。申请中国专利2项（已授权1项），申请日本专利2项。主持和参与国家自然科学基金、日本东北大学科研基金多项。

        电催化剂析氢反应的简写是HER。是指通过电化学的方法使用催化剂产生氢气。能源和环境是人类社会可持续发展涉及的最主要问题。全球80%的能量需求来源于化石燃料，这最终必将导致化石燃料的枯竭，而其使用也将导致严重的环境污染。从化石燃料逐步转向利用可持续发展无污染的非化石能源是发展的必然趋势。氢是理想的清洁能源之一也是重要的化工原料，受到世界各国广泛的重视。电解水制氢是实现工业化、廉价制备氢气的重要手段。