通過水電解直接產生綠色和清潔的氫氣是緩解全球能源危機和環(huán)境污染問題的可持續(xù)的策略之一。迄今為止，貴金屬基材料(如Pt/C)仍是酸性介質中電解水性能最優(yōu)異的析氫反應(HER)電催化劑。然而，Pt/C在高電流密度下存在耐久性差的問題。盡管人們已經設計和制備了許多過渡金屬基HER電催化劑，但由于其反應動力學緩慢，遠未達到工業(yè)應用標準(電流密度高達1000 mA cm^?2)。因此，有必要設計和開發(fā)在高電流密度下具有高活性和穩(wěn)定的電催化劑用于HER催化過程。

近日，吉林大學盧曉峰課題組通過一種簡單的原位還原策略和后續(xù)的氧化過程，合成了摻雜Ir部分氧化的Ru氣凝膠，并將其用作高電流密度下催化HER的催化劑。電化學性能測試結果顯示，最優(yōu)的Ru₉₈Ir₂-350催化劑在10、500和1000 mA cm^?2電流密度下的HER過電位分別為26、94和121 mV，遠低于商業(yè)Pt/C (29、205和349 mV)。同時，研究人員利用排水法測量了Ru₉₈Ir₂-350在50 mA cm^?2處的法拉第效率(FE)。

結果顯示，90分鐘內Ru₉₈Ir₂-350電解水產氫的FE值約為100%，表明Ru₉₈Ir₂-350對H₂具有高選擇性。此外，Ru₉₈Ir₂-350在1000 mA cm^?2電流密度下連續(xù)運行1500小時，過電位僅略微上升，表明其具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。

研究人員利用FE-SEM、XRD和XPS對Ru₉₈Ir₂-350在堿性介質中HER穩(wěn)定性測試后的形貌、成分和結構進行了進一步的表征。結果顯示，Ru₉₈Ir₂-350在長期運行后形貌和結構未發(fā)生明顯變化。

為了更好地了解Ru₉₈Ir₂-350的穩(wěn)定性，對相同耐久性試驗后Ru₁₀₀-350的Ru 3p XPS信號峰進行了研究和比較。Ru₁₀₀-350的Ru物種(Ru⁰和Ru⁴⁺)結合能向更高的位置移動，這可能與堿性電解質對Ru基材料的刻蝕有關；而Ru₉₈Ir₂-350中Ru的氧化態(tài)得到了很好的保持，Ru與RuO₂的摩爾比保持不變，從而提高了催化劑的長期穩(wěn)定性。這一結果表明，在Ru/RuO₂異質結中引入Ir元素對提高其長期穩(wěn)定性起到了關鍵作用。

Highly active and stable alkaline hydrogen evolution electrocatalyst based on Ir-incorporated partially oxidized Ru aerogel under industrial-level current density. Advanced Science, 2023. DOI: 10.1002/advs.20230706