提高Ru金屬在氫氧化反應(yīng)（HOR）電位范圍內(nèi)的催化活性，改善Ru因親氧性而導(dǎo)致的活性不足的問題，對降低陰離子交換膜燃料電池（AEMFCs）的成本具有重要意義。
基于此，廈門大學(xué)范鳳茹教授、田中群院士、李劍鋒教授和南子昂等人報道了利用在Au@Pd上生長的Ru作為模型系統(tǒng)（Au@Pd@Ru），通過將催化反應(yīng)中間體（OHad）的直接原位表面增強拉曼光譜（SERS）證據(jù)與原位X射線衍射（XRD）、電化學(xué)表征以及DFT計算相結(jié)合，來了解活性提高的潛在機制。通過DFT計算，作者對Au@Pd@Ru表面的結(jié)構(gòu)、OHad的頻率和反應(yīng)活性進行了研究。作者構(gòu)建了純Ru/Pd/Au和不同氧化的RuOx/Pd/Au表面模型，以確定OHad的吸附位置和頻率。對表面態(tài)密度的計算表明，隨著晶格的增加，表面原子的d帶中心更接近費米能級，表面活性的增加會導(dǎo)致表面Ru原子氧化。計算表明，氫從Ru/Pd/Au表面的面心立方（fcc）位點到Ru-Pd界面的損失位點的輸運勢壘小于0.1 eV，表明氫有效地分布在Ru/Pd/Au中。隨著塊體氫含量的增加，OHad的彎曲模式發(fā)生紅移。在713 cm?1處的彎曲頻率分配給了吸附在RuOx/Pd/Au中氧化和塊狀氫原子上的OHad，當(dāng)氫亞層發(fā)生變化時，OHad頻率從722(25%)變?yōu)?13(50%)變?yōu)?87(100%)，與實驗結(jié)果接近。結(jié)果表明，RuOx/Pd/Au結(jié)構(gòu)有效地提高了HOR反應(yīng)活性。DFT計算還表明，損失位點的氫原子轉(zhuǎn)移到RuOx表面的空穴位點是一個放熱過程。Improving the Hydrogen Oxidation Reaction Rate of Ru by Active Hydrogen in the Ultrathin Pd Interlayer. J. Am. Chem. Soc., 2023, DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.3c02604.
