釕-銅雙金屬電催化觸媒於廣酸鹼值電解液的高效析氫反應;Ruthenium-Copper Bimetallic Electrocatalyst for Efficient Hydrogen Evolution Reaction in Wide pH Values

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Title:	釕-銅雙金屬電催化觸媒於廣酸鹼值電解液的高效析氫反應;Ruthenium-Copper Bimetallic Electrocatalyst for Efficient Hydrogen Evolution Reaction in Wide pH Values
Authors:	黃定為;Huang, Ting-Wei
Contributors:	材料科學與工程研究所
Keywords:	釕;銅;析氫反應;X光吸收光譜;氫鍵能;Ruthenium;Cooper;Hydrogen evolution reaction;Crystallinity;Hydrogen bonding energy;X-ray absorption spectrum
Date:	2022-06-09
Issue Date:	2022-07-13 19:44:20 (UTC+8)
Publisher:	國立中央大學
Abstract:	電化學水分解製氫是追求潔淨和持續能源的一種有效途徑。實際應用中，具高效能、經濟、簡便的析氫反應(hydrogen evolution reaction, HER)被高度關注。儘管鉑(Pt)在酸性介質中具有快速的動力學和最佳的氫鍵能(hydrogen bonding energy, HBE)，但其在鹼性介質中的穩定性和活性不佳，阻礙了其在廣泛pH值範圍內之實際應用。在此，本研究提出非鉑基之釕銅觸媒(RuCu)，透過增加結晶性和添加過渡金屬(銅)用以調整觸媒之HBE，使其可應用於酸鹼介質中並具有高活性。RuCu在0.5 M H2SO4和1.0 M KOH電解液中，在電流密度10 mA cm-2時過電位(η10)分別僅32和8 mV 且Tafel 斜率分別為36和37 mV dec-1。此外，RuCu在鹼性介質中進行5000圈加速老化測試後幾乎零損失。值得注意的是，RuCu在鹼性介質中甚至比Pt具有更快的反應動力學、更低的Tafel斜率和更高的轉換頻率(turnover frequency, TOF)。另一方面，釕-銅之間的交互作用對HER的效能影響也由一系列的物理分析及電化學量測證實，如於CO剝離測試、毒化測試和原位X光吸收光譜(in-situ X-ray absorption spectroscopy, in-situ XAS)分析RuCu的活性位點及其HER機制。本研究為製備高效能HER觸媒於酸鹼性介質的應用提供新的思維。 ;電化學水分解製氫是追求潔淨和持續能源的一種有效途徑。實際應用中，具高效能、經濟、簡便的析氫反應(hydrogen evolution reaction, HER)被高度關注。儘管鉑(Pt)在酸性介質中具有快速的動力學和最佳的氫鍵能(hydrogen bonding energy, HBE)，但其在鹼性介質中的穩定性和活性不佳，阻礙了其在廣泛pH值範圍內之實際應用。在此，本研究提出非鉑基之釕銅觸媒(RuCu)，透過增加結晶性和添加過渡金屬(銅)用以調整觸媒之HBE，使其可應用於酸鹼介質中並具有高活性。RuCu在0.5 M H2SO4和1.0 M KOH電解液中，在電流密度10 mA cm-2時過電位(η10)分別僅32和8 mV 且Tafel 斜率分別為36和37 mV dec-1。此外，RuCu在鹼性介質中進行5000圈加速老化測試後幾乎零損失。值得注意的是，RuCu在鹼性介質中甚至比Pt具有更快的反應動力學、更低的Tafel斜率和更高的轉換頻率(turnover frequency, TOF)。另一方面，釕-銅之間的交互作用對HER的效能影響也由一系列的物理分析及電化學量測證實，如於CO剝離測試、毒化測試和原位X光吸收光譜(in-situ X-ray absorption spectroscopy, in-situ XAS)分析RuCu的活性位點及其HER機制。本研究為製備高效能HER觸媒於酸鹼性介質的應用提供新的思維。
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