Ru修饰CoMoOx@碳布电极：高效稳定的碱性海水析氢催化剂

推荐 为解决碱性海水电解中析氢反应（HER）催化剂活性与耐久性不足的问题，韩国研究人员开发了一种Ru修饰CoMoOx@碳布（Ru/CoMoOx@CC）电极。该电极在10 mA/cm2电流密度下过电位仅78 mV，在500 mA/cm2高电流密度下展现出超过一个月的优异稳定性，显著优于传统CoMoOx@CC电极，为低成本高效制氢提供了新方案。

　　

论文解读
在能源转型的大背景下，氢能作为一种清洁、高效的能源载体，其大规模生产技术备受关注。传统的蒸汽甲烷重整制氢法虽成熟，但存在碳排放问题。而水电解制氢，尤其是利用丰富海水资源进行电解，被视为可持续发展的理想途径。然而，碱性海水环境中的析氢反应（HER）面临诸多挑战——高电流密度下反应动力学迟缓、催化剂易失活等问题严重制约了实际应用。传统铂基催化剂虽性能优异，但其稀缺性和高成本极大限制了规模化推广。在此背景下，韩国研究人员以碳布（CC）为基底，开发出钌（Ru）修饰的CoMoOx催化剂（Ru/CoMoOx@CC），通过材料创新突破现有技术瓶颈。

研究团队采用简便的一步水热法，在经过硝酸预处理的碳布表面原位生长CoMoOx纳米片阵列，并精准引入0.5 mmol RuCl3·xH2O。通过后续350℃氢氩气氛退火处理，形成具有Ru/CoMoOx异质结构的催化剂层。表征显示，Ru以单原子或纳米颗粒形式均匀分散于CoMoOx晶格中，形成Co²⁺/Co³⁺和Mo⁴⁺/Mo⁶⁺共存的混合价态体系。XPS分析证实Ru的引入显著改变了Co的电子结构，使Co²⁺/Co³⁺比例提升1.5倍，同时Mo⁴⁺含量增加至26.5wt%。

电化学测试表明，Ru/CoMoOx@CC在1 M NaOH中仅需46 mV过电位即可达到10 mA/cm2电流密度，较CoMoOx@CC降低77 mV。在更具挑战性的碱性海水（1 M NaOH+天然海水）体系中，该电极在10 mA/cm2时过电位仅78 mV，优于商业Pt/C@CC（34 mV）以外的所有对比样品。更值得关注的是，在500 mA/cm2高电流密度下，Ru/CoMoOx@CC展现出卓越稳定性——连续运行30天后仍保持初始电位的95.2%，而传统催化剂通常在数小时内即发生显著性能衰减。这种稳定性源于RuO2表面重构形成的保护层，以及CoMoOx晶格氧的动态稳定作用。

技术方法方面，研究采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）结合能量色散X射线光谱（EDS）表征材料结构与元素分布；通过透射电子显微镜（TEM）及高分辨成像确认Ru/CoMoOx异质界面；利用X射线光电子能谱（XPS）解析表面化学态；借助电化学阻抗谱（EIS）和塔菲尔测试评估催化动力学；最终通过计时电位法验证长期稳定性。

研究结论揭示了Ru修饰的多重增效机制：首先，Ru的引入优化了氢吸附自由能，使Volmer步骤动力学加快；其次，Ru/CoMoOx异质结促进电荷分离效率提升约30%；再者，材料表面的自重构能力有效抑制了海水环境中的腐蚀与活性位点中毒。这些发现不仅为开发低成本海水制氢催化剂提供了新思路，更突破了传统贵金属催化剂在极端工况下的性能局限，对推动绿氢工业化生产具有重要战略意义。研究成果发表于《Applied Surface Science》，为后续高活性、高稳定催化剂的理性设计奠定了理论基础。