第一作者：Kazutomo Ishikawa

通讯作者：Junya Ohyama

通讯单位：Kumamoto University

研究内容：

阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)正在被开发用于实际用途。然而，要提高AEMFCs的性能，需要改善碱性条件下的氢氧化反应(HOR)。与铂基催化剂相比，碳支持的Ru-Ir合金纳米颗粒催化剂(Ru -Ir/C)具有更高的HOR活性。作者研究了Ru-Ir/C 增强HOR的机理，揭示了Ru/Ir表面成分对HOR活性的影响。结果表明，HOR活性与Ru-Ir、Ru-Ru和Ir-Ir的表面对比率有关，与氢键能无关。此外，研究发现Ru-Ir对位点具有较高的活性，可以通过双功能机制促进HOR。

要点一：

在该研究中，作者采用多元醇法制备了不同Ru/Ir比下的碳负载Ru-Ir合金纳米颗粒。采用Cu_UPD法测定了催化剂电化学活性表面上的Ru/Ir组成。此外，还研究了Ru/Ir表面组成对HOR活性的影响，以确定Ru -Ir物种的活性，揭示其主要控制机理。塔菲尔斜率分析表明Ru-Ir对促进了Volmer步骤。促进Volmer步骤归因于Ru- Ir对通过双功能机制作用，其中Ru和Ir分别提供活性OH^-和H物种。由此得出，Ru-Ir合金通过促进Ru-Ir对上的OH^-和H物种之间的反应来提高HOR活性。

要点二：

与Ru/C和Ir/C相比，不同比例的Ru- Ir/C催化剂均表现出更高的MA和SA，表明Ru和Ir的合金化提高了HOR活性。在Ru-Ir(1/1)/C上MA最高。Ru Ir(1/1)/C的MA大约是常规Pt/C的2倍。另一方面，SA对Ir成分表现出火山型依赖，峰值为Ru-Ir(2/3)/C，表明SA约为Pt/C的2倍。Ru-Ir对的活性分别是Ru-Ru和Ir-Ir对的19.5倍和3.5倍。

图1：(a)不同Ru/Ir、Ru/C和Ir/C组成的Ru-Ir/C的XRD。(b)典型Ru -r (1/1)/C TEM图像及粒径分布。(c)从左到右为Ru Ir (1/1)/ c的STEM- EDS映射图像:STEM、Ru重叠、Ir重叠、Ru-Ir重叠图像。

图2：从0.05 ~ 0.9 V （vs RHE）催化剂的cv曲线。

图3：(a)催化剂的lsv图和(b)低过电位区催化剂的lsv图。

图4：(a) Pt/C和Ru-Ir/C催化剂的质量活性(和b)比活性。

图5：HBE与SA的Pt/C, Ir/C和R- Ir/C图谱。

图6：Ru/Ir的表面组成比与SA的关系。

图7：(a) Ru-Ir/C的表面组成和SA的关系图。(b) Ru-Ir对比例(P_Ru-Ir)和Ru-Ir对SA (C_Ru-Ir)贡献之间的关系。

参考文献：

Ishikawa K, Ohyama J, Okubo K, et al. Enhancement of Alkaline Hydrogen Oxidation Reaction of Ru–Ir Alloy Nanoparticles through Bifunctional Mechanism on Ru–Ir Pair Site [J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12 (20):22771.