在质子交换膜（PEM）水电解技术中，开发用于酸性电解质中氢释放反应（HER）的高效粉末催化剂对于氢的产生具有重要意义。在本文中，我们展示了基于石墨烯负载碲化钌纳米颗粒（RuTe₂/Gr）在酸性介质中用于HER的有效催化。可以通过简便的微波辐射/热退火方法轻松制备催化剂，并且发现正交晶状的RuTe₂晶体锚固在石墨烯表面上。RuTe₂晶体和石墨烯载体的像差校正透射电子显微镜图像证明了缺陷结构。当负载在惰性玻碳电极上时，该催化剂需要72 mV的超电势便能驱动10 mA cm^-2的电流密度。还观察到在酸性介质中极好的催化稳定性。在RuTe₂/Gr催化剂上，Tafel斜率为33 mV dec^-1，与Pt/C催化剂相似，表明了Volmer-Tafel机理。RuTe₂/Gr的高催化性能归因于其在石墨烯表面的高分散性、高电导率和低电荷转移阻力。该粉末催化剂由于其低成本和高稳定性而在PEM水电解技术中具有潜在的应用。
 
Figure 1. RuTe₂/Gr样品的（a）TEM图像、（b）高分辨率图像、（c-d）像差校正的透射电子显微镜图像、（e）EDS相应的元素含量，以及（f）XRD图案。
 

Figure 2. （a）通过在0.5 M H₂SO₄溶液（红外校正）中的石墨烯、RuTe₂/Gr、Ru/C、Te和Pt/C催化剂的玻碳电极几何面积归一化的HER极化曲线。（b）HER极化曲线。（c）Tafel图。（d）在80 mV电位下的奈奎斯特图（vs. RHE）；（e）电容电流与扫描速率的线性关系图。（f）TOF值。
 

Figure 3. （a）在0.5 M H₂SO₄溶液中，在1000 CV循环之前和之后的HER极化曲线以及在-0.072 V vs. RHE的固定电势下的计时电流法曲线。（b）在0.5 M H₂SO₄溶液中的计时电流法测试期间，RuTe₂/Gr的制氢效率。
 

Figure 4. （a-b）HER测试后的TEM图像，RuTe₂/Gr催化剂在HER测试之前和之后的高分辨率XPS光谱：（c）Ru 3p，（d）Te 3d。
 
     相关研究成果于2020年由扬州大学Ligang Feng课题组，发表在Chem. Asian J.（doi.org/10.1002/asia.202000734）上。原文：An Efficient RuTe₂/Graphene Catalyst for Electrochemical Hydrogen Evolution Reaction in Acid Electrolyte。

摘自《石墨烯杂志》公众号：