青岛科技大学王磊/赖建平Nat. Commun.：工业化析氢催化剂的无溶剂微波合成

环境污染和能源短缺已成为当今社会面临的两个最严重的问题。作为一种理想的清洁能源和重要的化工原料，氢气已受到世界各国的广泛关注。电催化分解水是大规模、低成本生产氢气的重要手段，也被认为是解决这两大社会问题的潜在策略之一。合理设计高效稳定的催化剂是目前电催化析氢反应（HER）的一大难题。目前，铂（Pt）基催化剂是最好的HER催化剂，但Pt的天然含量低、价格高限制了其大规模生产。

钌（Ru）由于其成本低（仅为Pt价格的1/3）、活性高（Ru-H键的吉布斯自由能（ΔG_H）与HER火山图中心的Pt-H键自由能非常接近）成为Pt的廉价替代品之一。所以，合理设计和大规模制备成本低、活性高、稳定性好的Ru基催化剂，是实现低成本电解水制氢的关键科学问题之一。

近日，青岛科技大学王磊/赖建平团队通过一种简便无溶剂的合成方法大规模制备了用于工业HER的高活性的Ru基电催化剂。在这项工作中，首先将反应前驱体研磨30分钟以上，确保反应物均匀混合，然后将其放于家用微波炉中，反应过程仅需100 s，即可制备Ru-Mo₂C@CNT催化剂。此催化剂具有Ru-Mo₂C异质结构以及强金属-载体相互作用，并且Ru-Mo₂C异质结颗粒尺寸仅有3.5 nm，均匀分布在羧基化碳纳米管上。

图1. Ru-Mo₂C@CNT催化剂的物理表征。

Ru-Mo₂C@CNT催化剂的合成产率高达80.2%，可实现克级的大规模制备，并且其在1.0 M KOH溶液中表现出优异的HER性能。将此催化剂负载于Ni泡沫上(0.95 mg cm^-2)进行大电流测试，它在78 mV的低过电位下就可达到1000 mA cm^-2的工业电流密度，比所有报道的催化剂都好。另外，在经历1000 h的i-t测试后，催化剂活性几乎没有衰减，具有工业要求的稳定性。一系列结果表明，Ru-Mo₂C@CNT催化剂具有工业化应用的前景。这项工作为其它大规模生产催化剂的合理设计提供了新的思路和想法。

图2. Ru-Mo₂C@CNT催化剂在1.0 M KOH中的大电流测试。

这一成果近期发表在Nature Communications 上，文章的第一作者是青岛科技大学硕士研究生吴雪珂，通讯作者是青岛科技大学赖建平教授和王磊教授。

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Solvent-free microwave synthesis of ultra-small Ru-Mo₂C@CNT with strong metal-support interaction for industrial hydrogen evolution

Xueke Wu, Zuochao Wang, Dan Zhang, Yingnan Qin, Minghui Wang, Yi Han, Tianrong Zhan, Bo Yang, Shaoxiang Li, Jianping Lai & Lei Wang 

Nat. Commun., 2021, 12, 4018, DOI: 10.1038/s41467-021-24322-2

通讯作者介绍

赖建平教授，2019年以高层次引进到青岛科技大学化学与分子工程学院，教授，博导，泰山学者青年专家，山东省优秀青年基金获得者。近五年发表SCI论文60余篇，其中以通讯作者和第一作者身份在 Nat. Commun.（2）、Chem、 Joule、 ACS Cent. Sci.、Energy Environ. Sci.（2）、 Adv. Mater.、 Adv. Energy Mater.（2）、Adv. Funct. Mater.（2）、Nano Today、 Nano Lett.、Cell Reports Phys. Sci.、 Electrochem. Energy Rev.、Appl. Catal. B: Environ.（3）、 Small（2）、 J. Mater. Chem. A（7）等国际著名期刊上发表SCI论文二十余篇。授权国内发明专利两项。主持科研项目包括山东省泰山学者人才工程计划项目、山东省优秀青年基金、国家青年基金等项目。

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王磊教授，山东省杰青，泰山学者青年专家，青岛科技大学崂山学者，博士生导师。2006年博士毕业于吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室，同年来青岛科技大学工作至今。长期从事绿色能源相关领域研究，包括能源储存与转换材料、光电催化、超分子化学、金属-有机配位聚合物、有机-无机杂化材料等，先后合成出来首例微孔亚磷酸铍和首例具有三棱镜结构的高稳定金属有机钠盐。已在Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Energy Storage Mater., Nano Energy, ACS Cent. Sci., Appl. Catal. B: Environ., J. Mater. Chem. A., Sci. China Chem.、中国科学、科学通报等国内外重要学术期刊上发表SCI论文二百余篇, 其中通讯作者影响因子大于10.0的论文三十余篇。主持国家级和省部级项目十余项，首位获得中国石油和化学工业联合会科技进步奖、山东省高等学校科学技术奖共六项。

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