Atomically Confined Ru Sites in Octahedral Co3O4 for High‐Efficiency Hydrazine Oxidation

材料科学 催化作用 分解水 Pourbaix图 制氢 氧化还原 尖晶石 可逆氢电极 无机化学 化学工程 电化学 电极 化学 物理化学 工作电极 冶金 工程类 光催化 有机化学 生物化学
作者
Yanjie Zhai,Chengkai Jin,Xia Qin,Wenkai Han,Cheng Cheng,Xunhua Zhao,Xiao Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202311063
摘要

Abstract Hydrazine‐assisted water electrolyzer is a promising energy‐efficient alternative to conventional water electrolyzer, offering an appealing path for sustainable hydrogen (H 2 ) production with reduced energy consumption. However, such electrolyzer is presently impeded by lacking an efficient catalyst to accelerate the kinetics of pivotal half‐reaction, that is, hydrazine oxidation reaction (HzOR). Herein, a ruthenium (Ru) single‐atom on an octahedral cobalt oxide (Co 3 O 4 ) substrate (Ru‐Co 3 O 4 ) catalyst, guided by theoretical calculations is developed. Those lattice‐confined Ru sites within octahedral structure of spinel Co 3 O 4 effectively lower the energy barrier required for the formation of N 2 H 2 * intermediate and desorption of H * species in HzOR. As a result, the Ru‐Co 3 O 4 catalyst achieves superior HzOR performance with a low potential of −0.024 V versus (vs.)reversible hydrogen electrode (RHE) at 100 mA cm −2 and remarkable stability for over 200 h at 200 mA cm −2 . Importantly, a modular H 2 production achieves an output of 0.48 kWh electricity per m 3 H 2 by decoupling and pairing the HzOR and hydrogen evolution reaction (HER) half‐reaction with a Zinc (Zn) redox reservoir. The work represents a significant advancement in the field, offering substantial flexibility for on‐demand H 2 production and energy output.
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