碳壳钌纳米球助力更绿色的制氢与废水净化路径

氢能被认为将在未来碳中和能源体系中发挥核心作用，但传统水电解受限于缓慢且高能耗的析氧反应（OER）。以肼氧化反应替代析氧反应，可显著降低制氢电压，并将工业污染物肼转化为无害氮气。然而，该体系依赖于能够同时高效、稳定驱动析氢反应和肼氧化反应的双功能催化剂。

来自韩国庆尚国立大学的研究团队报道了一种通过脉冲激光法制备的钌@碳（Ru@C）催化剂，显著提升了肼辅助制氢体系的效率。相关研究于2025年9月发表在eScience（DOI：10.1016/j.esci.2025.100408）。研究表明，优化后的Ru@C-200催化剂在析氢反应和肼氧化反应中均表现出超低过电位，并被成功应用于锌–肼电池和肼分解电解体系，实现了在降解肼污染物的同时进行连续、自供能制氢。

研究人员采用液相脉冲激光烧蚀技术合成了被石墨化碳壳包覆的钌纳米球。在所有样品中，Ru@C-200在导电性、结构稳定性和金属–碳界面电子耦合方面表现最佳。在10mA cm⁻² 条件下，该催化剂的析氢反应过电位为48 mV，肼氧化反应过电位仅8 mV，性能显著优于传统电催化剂。

多种表征结果证实，催化剂具有面心立方结构的金属钌内核和有序碳壳结构。原位拉曼和XANES分析表明，金属Ru位点主导析氢反应，而表面生成的RuOOH物种驱动肼氧化反应。在肼分解电解体系中，Ru@C-200‖Ru@C-200 仅需0.11 V即可达到10mA cm⁻²，并稳定运行超过100 小时。研究团队还展示了一种可充电的锌–肼电池，能量效率达90%，在600次充放电循环中保持稳定，可独立为制氢过程供能。

研究团队指出，Ru@C-200催化剂兼具低能耗、长期稳定性和双功能催化能力。钌核与碳壳之间的强电子耦合在加速电荷传输和中间体活化中发挥关键作用。该Ru@C催化体系在远低于传统水电解电压的条件下实现制氢，并可同步处理含肼废水，展示了一种集制氢、污染治理和能量存储于一体的自供能模式。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667141725000382?via%3Dihub&utm_source=chatgpt.com

（素材来自：韩国庆尚国立大学 全球氢能网、新能源网综合）