陳浩銘&王春栋JACS：这个催化剂“比翼双飞”有点“吻”

通讯作者：王春栋；陳浩銘

通讯单位：华中科技大学；國立臺灣大學

真正的析氢和析氧双官能团电催化剂必须在反应过程中或反应后具有稳定的构型，且不发生不可逆的结构转变或表面重构。否则，它们可以被称为“预催化剂”而不是真正的催化剂。

为了实现无重构电催化剂的目标，一个最重要的问题是实现一个具有强相互作用的基板/支架来固定反应位点。一个悬垂的富键表面被认为是不稳定的，并且不能阻止反应位点在反应过程中转化为不需要的金属氧化物。

國立臺灣大學陳浩銘和华中科技大学王春栋合作通过强原子金属-载体相互作用，将原子分散的Ru装饰在镍钒层状双氢氧化物(LDH)支架上，该催化剂表现出优异的析氢反应(HER)和析氢反应(OER)活性。

图1. Ru/Ni3V-LDH的结构表征及HER/OER性能。

相关工作以“Atomic Metal-Support Interaction Enables Reconstruction-Free Dual-Site Electrocatalyst”为题发表在Journal of the American Chemical Society上。

图2. Ru/Ni3V-LDH在1.0 M KOH水溶液中HER/OER过程中的原位XAS/Raman光谱。

要点1. 通过在镍基层状双氢氧化物(LDHs)中引入高价早期过渡金属(即钒，V)，可以稳定表面氧，保持表面构型，抑制表面重构的发生。由于早期过渡金属的价高，通常具有强金属-氧键的特征，这进一步导致了与金属反应位点的适当相互作用。通过精确控制合成来抑制不需要的金属氧化物(即RuOx)的生成和多氧钒酸盐阴离子插层的镍氧化物的生成，实现了Ru原子分散在镍-钒层的双氢氧化物上。

要点2. 原位x射线吸收光谱和拉曼光谱研究表明，镍钒LDH表面原子Ru的存在对悬垂富键表面的稳定起着至关重要的作用，导致了无重构表面。通过镍钒LDH提供的强金属-载体相互作用，显著的相互作用可以稳定反应原子Ru位点，使氧化态向阴极HER的波动很小，无需重建。而Ru原子位点能够稳定Ni原子位点，使其在阳极OER过程中对Ni原子位点氧化引起的键缩和结构畸变具有更大的结构容度，并促进Ni原子位点氧化态的增加，从而使其具有较好的OER性能。

要点3. 原位光谱研究表明，与许多双官能团催化剂不同的是，为了适应HER/OER循环而经历了结构重构/转变，Ru/Ni3V-LDH是真正的双功能电催化剂，具有稳定的反应双位点(即Ru和Ni位点)，作为单独的催化位点进行水的分离。

图3. 原位XANES和EXAFS拟合Ni3V-LDH在HER/OER过程中的结果。

图4. 在HER/OER期间对RuO2进行原位XAS。

图5. 极化曲线和长期稳定性。

链接：

https://doi.org/10.1021/jacs.1c08890