王春栋、王昕ACS Catalysis：富钌金属-有机框架催化剂激活水合肼辅助自供能制氢

催化计 · 公众号 · · 2024-08-02 17:33

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构建直接联氨燃料电池（ DHzFC ）驱动的整体联氨分解（ OHzS ）系统是实现理论上零电力制氢的一个概念性构想，但仍是一个艰巨的挑战。

近日， 华中科技大学王春栋教授团队 联合香港城市大学王昕教授课题组报道了一种富 Ru 金属 - 有机骨架催化剂（ NiRu-ABDC ）成功激活水合肼辅助自供能制氢。

本文要点

要点1. 以 Ru- Ni (OH) ₂ 为模板制备了富 Ru 的 NiRu-ABDC 催化剂，引入的 Ru 占 5.41 wt% ，比传统溶剂热法制备的 H-NiRu-ABDC （ 0.86 wt% ）高约 6.29 倍。该牺牲模板策略具有普适性，可以扩展到以 H ₂ BDC, H ₃ BTC 和 H ₂ Fc 为有机配体，以及 Ru-Ni _x V _1-x (OH) ₂ , 、 Ru-Ni _x Al _1-x (OH) ₂ 、 Ru-Ni _x Mn _1-x (OH) ₂ 和 Ru-Ni _x Fe _1-x (OH) ₂ 为前体的其他羧酸盐 MOF 的制备。

要点2. 在电流密度为 10 mA cm ⁻² 时， NiRu-ABDC 催化的 HER 和 HzOR 电位分别为 −28 mV 和 −83 mV ，优于纯 Ni-ABDC 催化剂（ HER 电位为 198 mV, HzOR 电位为 178 mV ）和 HNiRu-ABDC 催化剂（ HER 电位为 94 mV, HzOR 电位为 −8 mV ）。 NiRu-ABDC||NiRu-ABDC 双电极电解槽在 0.029 V 的超低电池电压下实现了 10 mA cm ⁻² 的电流密度。 DHzFC （ NiRu-ABDC‖Pt net ）在 80° C 时可提供 1.74 V 的高开路电压和 386.90 mW cm ⁻² 的峰值功率密度。

要点3. 自供电制氢系统的产氢率达到 14.3 mol ^–1 h ^–2 ，对 0.33 M 水合肼废水的优异降解率，达到 99.12% 。

要点4. DFT 计算表明， Ru 位点作为活性位点，加速了催化剂对中间产物（如 *H ₂ O 、 *H 和 *OH ）的吸附和 *N ₂ H ₄ 的脱氢，使 Ni-ABDC 具有先进的自供能产氢性能。

Authors: Xuefei Xu ^# , Linfeng Li ^# , Hsiao-Chien Chen ^# , Xia Zhang, Yaping Huang, Muhammad Humayun, Yasser A. Attia, Yuanjie Pang, Deli Wang, Xin Wang*, and Chundong Wang* （通讯作者标记 * ，共一作者标记 † ）

Title: Ru-Enriched Metal-Organic Framework Enabling Self-powered Hydrogen Production System

Published in: ACS Catalysis, doi: 10.1021/acscatal.4c03722

https://doi.org/10.1021/acscatal.4c03722

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