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8月17日，從哈爾濱工業(yè)大學獲悉，材料科學與工程學院周玉院士團隊李保強教授課題組與浙江農(nóng)林大學副教授李彩彩以碳點為核心，構(gòu)建了具有氮摻雜sp2/sp3碳界面的碳基底?；诟髯詫﹄姶呋^程有益的基礎(chǔ)，sp2和sp3碳相結(jié)合的策略有效平衡了氫的吸附和解吸，制備了一種在堿性和酸性體系中均表現(xiàn)出優(yōu)秀電催化析氫反應(yīng)（HER）活性的Ru/NCDs。相關(guān)科研成果發(fā)表在材料領(lǐng)域?qū)W術(shù)期刊上《Small Methods》。
據(jù)李保強介紹，隨著我國氫能的快速發(fā)展，電解水制氫引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。廉價高效的電解水析氫的催化劑是該領(lǐng)域的研究熱點和產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵。釕（Ru）由于其合適的氫結(jié)合能力和低廉的價格，被認為是鉑的理想替代品。由于Ru納米顆粒穩(wěn)定性差、活性低，基于碳負荷Ru納米顆粒能有效提高其穩(wěn)定性和催化活性。但該領(lǐng)域的研究主要集中在碳載體的篩選、孔隙、導電性和缺陷等對催化劑活性的影響上，而sp2和sp3雜化碳正在改善HER活性方面仍被忽視。
針對這些問題，研究團隊提出了以sp2/sp3雜化碳負載釕納米顆粒途徑提高釕催化劑的HER活性。團隊利用具有sp2/sp3雜化碳的氮摻雜碳點（NCDs）為前驅(qū)體制備具有sp2/sp3雜化碳基底負載Ru納米顆粒的釕/碳點（Ru/NCDs）催化劑，為通過調(diào)控碳雜化態(tài)提高釕基催化劑活性提供新途徑。
結(jié)果表明，在堿性和酸性條件下，Ru/NCDs都表現(xiàn)出良好的催化活性和穩(wěn)定性。此外，光譜分析和密度函數(shù)理論計算表明Ru和NCDs之間的相互作用不但有效地調(diào)節(jié)了活性中心Ru的電子結(jié)構(gòu)，而且sp2/sp3碳界面的存在有助于降低中間能壘和平衡氫的吸附/解吸，從而大幅提升釕催化劑的HER的活性。
專家評價認為，Ru/NCDs催化劑與商業(yè)Pt/C及其近期報道Ru基電催化劑相當甚至更好。該研究為底物特性對催化活性的影響和碳負載金屬電催化劑的合理設(shè)計提供新思路。
