超声喷雾热解法在二氧化钼表面合成纳米簇合钌用于析氢反应

电化学水分解制氢是现阶段清洁能源开发领域的核心技术之一，能够将可再生电能转化为绿色氢能，是实现氢能规模化、绿色化制备的关键路径。析氢反应作为电化学水分解的阴极核心反应，其反应动力学缓慢、过电位较高，需要高性能电催化剂降低反应能垒、加速反应进程，因此催化剂的性能直接决定了水分解制氢体系的整体效率与应用价值。

在目前已开发的各类析氢反应电催化剂中，铂基催化剂凭借极低的过电位、优异的催化活性与循环稳定性，成为行业内公认的标杆型催化材料，广泛应用于高端电化学制氢设备中。但铂属于稀有贵金属，储量稀缺、采购成本高昂，且资源分布受限，极大地制约了电化学水分解技术的大规模产业化推广，难以满足工业化低成本、规模化制氢的发展需求。在此背景下，开发高活性、低成本、适配多场景的新型非铂贵金属析氢催化剂，成为氢能催化领域的重点研究方向。

钌基催化剂是近年来备受关注的新型析氢催化材料，相较于其他非铂催化剂，其具备独特的电子结构与优异的质子吸附解离能力，能够在全pH值电解液体系中稳定发挥催化作用，适配酸性、中性、碱性多种电解环境，应用场景十分广泛，是最具潜力替代铂基催化剂的材料之一。但现有钌基催化材料仍存在明显短板，纯钌催化剂的析氢催化活性整体低于商用铂基催化剂，无法达到高效制氢的性能要求，限制了其实际应用。

针对这一技术痛点，如何在保证钌负载量的基础上，实现活性组分的高度分散，最大化激发钌基材料的电催化活性，成为优化钌基析氢催化剂性能的核心关键。基于此，本文采用超声喷雾热解技术，以二氧化钼为载体，成功制备出高分散、高负载量的钌基复合电催化剂。二氧化钼具备良好的导电性、结构稳定性与载体适配性，能够为活性组分提供稳定的附着位点，同时可与金属组分产生良性界面作用。

实验结果表明，超声喷雾热解的特殊制备工艺，有效解决了钌纳米颗粒团聚堆积的难题，实现了钌活性组分在二氧化钼载体表面的均匀分布，最终实现10.3 wt%的高负载量，同时保障了极佳的分散效果。高度分散的钌纳米团簇能够暴露更多的催化活性位点，大幅提升反应接触面积。同时，钌与二氧化钼载体之间形成了强烈的金属-载体相互作用，有效调控了活性组分的电子结构，优化了析氢反应过程中中间体的吸附与脱附能垒，协同提升了催化剂的本征催化活性，显著改善了材料的析氢反应性能。该研究为高负载、高分散钌基析氢催化剂的绿色高效制备提供了全新的技术思路与可行方案。

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