氫能被認(rèn)為將在未來碳中和能源體系中發(fā)揮核心作用，但傳統(tǒng)水電解受限于緩慢且高能耗的析氧反應(yīng)（OER）。以肼氧化反應(yīng)替代析氧反應(yīng)，可顯著降低制氫電壓，并將工業(yè)污染物肼轉(zhuǎn)化為無害氮?dú)�。然而，該體系依賴于能夠同時(shí)高效、穩(wěn)定驅(qū)動析氫反應(yīng)和肼氧化反應(yīng)的雙功能催化劑。

來自韓國慶尚國立大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種通過脈沖激光法制備的釕@碳（Ru@C）催化劑，顯著提升了肼輔助制氫體系的效率。相關(guān)研究于2025年9月發(fā)表在eScience（DOI：10.1016/j.esci.2025.100408）。研究表明，優(yōu)化后的Ru@C-200催化劑在析氫反應(yīng)和肼氧化反應(yīng)中均表現(xiàn)出超低過電位，并被成功應(yīng)用于鋅–肼電池和肼分解電解體系，實(shí)現(xiàn)了在降解肼污染物的同時(shí)進(jìn)行連續(xù)、自供能制氫。

研究人員采用液相脈沖激光燒蝕技術(shù)合成了被石墨化碳?xì)ぐ驳尼懠{米球。在所有樣品中，Ru@C-200在導(dǎo)電性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和金屬–碳界面電子耦合方面表現(xiàn)最佳。在10mA cm?2 條件下，該催化劑的析氫反應(yīng)過電位為48 mV，肼氧化反應(yīng)過電位僅8 mV，性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)電催化劑。

多種表征結(jié)果證實(shí)，催化劑具有面心立方結(jié)構(gòu)的金屬釕內(nèi)核和有序碳?xì)そY(jié)構(gòu)。原位拉曼和XANES分析表明，金屬Ru位點(diǎn)主導(dǎo)析氫反應(yīng)，而表面生成的RuOOH物種驅(qū)動肼氧化反應(yīng)。在肼分解電解體系中，Ru@C-200‖Ru@C-200 僅需0.11 V即可達(dá)到10mA cm?2，并穩(wěn)定運(yùn)行超過100 小時(shí)。研究團(tuán)隊(duì)還展示了一種可充電的鋅–肼電池，能量效率達(dá)90%，在600次充放電循環(huán)中保持穩(wěn)定，可獨(dú)立為制氫過程供能。

研究團(tuán)隊(duì)指出，Ru@C-200催化劑兼具低能耗、長期穩(wěn)定性和雙功能催化能力。釕核與碳?xì)ぶg的強(qiáng)電子耦合在加速電荷傳輸和中間體活化中發(fā)揮關(guān)鍵作用。該Ru@C催化體系在遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)水電解電壓的條件下實(shí)現(xiàn)制氫，并可同步處理含肼廢水，展示了一種集制氫、污染治理和能量存儲于一體的自供能模式。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667141725000382?via%3Dihub&utm_source=chatgpt.com

（素材來自：韓國慶尚國立大學(xué) 全球氫能網(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合）