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電化學分解水被認為是一項最有希望應用于大規(guī)模產氫的技術，但它需要研發(fā)高效的電催化劑，以應對由陰極氫析出反應（HER）和陽極氧析出反應（OER）的緩慢動力學引起的高過電勢。最近，過渡金屬基催化劑，尤其是易于合成且組成和結構易于調節(jié)的過渡金屬氧化物（TMOs），已被廣泛研究應用于高效的水分解，旨在替代昂貴的Pt基HER和Ir基OER催化劑。然而，開發(fā)高性能的TMOs基雙功能全電解水電催化劑，仍然具有很大的挑戰(zhàn)性。

最近，北京大學化學與分子工程學院齊利民課題組利用金屬有機框架（MOF）納米陣列作為模板，通過原位轉化制備得到具有獨特結構的釕-鈷氧化物（(Ru-Co)Ox）中空納米片陣列，并將其作為雙功能催化劑應用于高效的堿性全電解水（圖1）。

圖1 (Ru-Co)Ox中空納米片陣列應用于堿性全電解水

他們通過溫和的離子交換結合低溫空氣中退火的方法，將生長在碳布上的Co MOF納米片陣列轉化為異質結構且互相摻雜的(Ru-Co)Ox中空納米片陣列（圖2a）。合成得到的(Ru-Co)Ox催化劑具有優(yōu)異的HER活性，在10 mA cm–2電流密度下的過電位僅為44.1 mV且具有較小的Tafel斜率（23.5 mV dec–1）；它同時具有出色的OER活性，在10 mA cm–2電流密度下的過電位僅為171.2 mV。應用于高效的堿性全電解水時，中空(Ru-Co)Ox納米片陣列在10 mA cm–2電流密度下僅需要1.488 V的槽電壓（圖2b-f）。(Ru-Co)Ox中空納米片陣列的優(yōu)異電催化活性可歸因于其優(yōu)化的化學組成和結構特點，如獨特的中空納米陣列結構、雜原子摻雜和異質納米界面。這項工作為設計合成可應用于高效電化學能量轉換的具有理想組成和結構的納米陣列開辟了一條新的途徑。

圖2 (Ru-Co)Ox納米陣列的合成機理示意圖及其HER、OER和全電解水性能

該研究工作近期以“Heterostructured Inter-Doped Ruthenium-Cobalt Oxide Hollow Nanosheet Arrays for Highly Efficient Overall Water Splitting”為題在Angew. Chem. Int. Ed.發(fā)表（原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202005436）。WileyChem對該論文進行了推介（https://mp.weixin.qq.com/s/HkjzV_5V_OB3pNtX0GNfKw）。北京大學化學與分子工程學院博士研究生王成為該論文的第一作者，齊利民教授為通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金委和科技部的資助。

謹以此文熱烈祝賀唐有祺先生百年華誕！