胡鐘霆，浙江工業(yè)大學(xué) ，博士，教授，博士生導(dǎo)師，海外留學(xué)10余年，獲新加坡南洋理工大學(xué)博士學(xué)位；在Appl. Catal. B等期刊發(fā)表SCI論文60篇（一作/通訊30篇，入選ESI高被引論文4篇、熱點(diǎn)1篇、H指數(shù)24），授權(quán)發(fā)明專利近10項(xiàng)，擔(dān)任Appl. Catal. B、Water Research、Chem. Eng. J、ACS Applied Materials & Interface等40多個(gè)期刊特邀審稿人。主持國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題、新加坡以色列國(guó)家聯(lián)合基金、校企科技研發(fā)重大項(xiàng)目等6項(xiàng)，參與國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（3項(xiàng)）及與德國(guó)BASF、美國(guó)3M、中國(guó)SINOPEC大型企業(yè)的合作項(xiàng)目10余項(xiàng)，獲中國(guó)化工學(xué)會(huì)科技獎(jiǎng)（基礎(chǔ)成果）一等獎(jiǎng)、浙工大“杰出青年英才支持計(jì)劃”、入選“2023全球前2％頂尖科學(xué)家榜單（World’s Top 2% Scientists 2023）等榮譽(yù)。（信息來(lái)源：https://homepage.zjut.edu.cn//zt18/、更新時(shí)間：2023.04.26）論文速覽釕（Ru）基電催化劑活性位點(diǎn)的不斷溶解和氧化嚴(yán)重阻礙了其在質(zhì)子交換膜水電解槽（PEMWE）中的實(shí)際應(yīng)用。本論文研究了3d過(guò)渡金屬摻雜的MRuOx（M = Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn）作為PEMWE中酸性析氧反應(yīng)（OER）的持久耐用電催化劑。通過(guò)密度泛函理論（DFT）計(jì)算出Ru在MRuOx中的溶解能，篩選出ZnRuOx作為最佳候選材料。 結(jié)果表明，ZnRuOx在酸性O(shè)ER中顯示出卓越的穩(wěn)定性，經(jīng)過(guò)15000次CV循環(huán)后，η10的衰減可以忽略不計(jì)。更重要的是，使用ZnRuOx作為陽(yáng)極的PEMWE能夠在200 mA cm-2的電流密度下穩(wěn)定運(yùn)行120 h。研究還進(jìn)一步揭示了ZnRuOx的穩(wěn)定性機(jī)制，即摻雜在ZnRuOx納米晶體外部的Zn原子會(huì)形成一個(gè)“Zn富集”的殼層，有效地縮短了ZnRuOx中Ru-O鍵的平均長(zhǎng)度，增強(qiáng)了Ru-O的相互作用，從而提高了ZnRuOx在酸性O(shè)ER中的穩(wěn)定性。本工作不僅提供了使用DFT計(jì)算指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)合成的新研究范例，而且還提供了一個(gè)概念驗(yàn)證，即3d金屬摻雜劑作為RuO2穩(wěn)定劑，作為開(kāi)發(fā)PEMWE用高耐久性基于Ru的催化劑的通用原則。圖文導(dǎo)讀圖1：DFT計(jì)算與篩選。圖2：MRuOx樣品的合成示意圖及其OER性能。圖3：酸性O(shè)ER和PEMWE的耐久性評(píng)估。圖4：ZnRuOx的結(jié)構(gòu)表征。總結(jié)展望本研究成功地通過(guò)DFT計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，開(kāi)發(fā)了一種新型的ZnRuOx電催化劑，該催化劑在酸性O(shè)ER中顯示出卓越的穩(wěn)定性和耐久性。ZnRuOx的優(yōu)異性能歸功于Zn原子摻雜形成的“Zn富集”殼層，不僅增強(qiáng)了Ru-O鍵的強(qiáng)度，還提高了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。本工作為設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)用于PEMWE的高耐久性Ru基電催化劑提供了重要的理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)，也為3d金屬摻雜劑作為RuO2穩(wěn)定劑的應(yīng)用提供了新的思路。未來(lái)，可以進(jìn)一步探索不同摻雜元素和摻雜水平對(duì)RuO2基電催化劑性能的影響，以實(shí)現(xiàn)更高效、更經(jīng)濟(jì)的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)。文獻(xiàn)信息標(biāo)題：Designing 3d Transition Metal Cation-Doped MRuOx As Durable Acidic Oxygen Evolution Electrocatalysts for PEM Water Electrolyzers期刊：Journal of the American Chemical SocietyDOI：10.1021/jacs.4c04096
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