前言介绍
氢气(H2)由于其高能量密度和零碳排放，对绿色和可持续生活具有重要影响。近年来，电催化裂解水(EWS)被认为是一种很有前途的大规模产氢技术。传统的EWS组成包括析氢反应(HER)和析氧反应(OER)，但OER反应缓慢且会产生有活性无价值的氧气(O2)，不但使得反应低效，而且会有爆炸危险。电化学促进的甲醇到甲酸酯的氧化反应(MFO)所需的条件温和且环保，如果将MFO与HER结合起来可以有效解决上述两个问题。然而，该方法缺乏的是可以用于MFO和HER的高效和高选择性的双功能催化剂。
图1.这项工作应用三元催化剂的设计来协同调控纳米结构和活性位点的协同作用，以实现氢气和甲酸盐的同步、经济和可扩展的生产。
针对这个问题，作者开发了一种新的RuFe-WOx三元混合催化剂，它表现出一种可以在泡沫镍(NF)上生长的特殊分层纳米结构。优化后的RuFe-WOx催化剂在碱性介质中对HER和MFO都有很好的催化性和稳定性。当RuFe-WOx被应用于电极时，可以在具有高电流密度和长期稳定性的低电池电位下高效产生氢气和甲酸盐。
研究要点
要点一：合成了用于促进析氢反应和甲醇-甲酸酯氧化反应的三元电催化剂
采用改良溶热法（图2）在高导电性的镍泡沫（NF）上合成Ru和Fe共掺杂WOx的分层纳米结构(RuFe-WOx）。RuFe-WOx表面独特的分层纳米结构决定了其超疏水性/超亲水性的特性，这种特性不但有利于HER中H2的释放，还能促进在HER和MFO中电解质和电极之间的有效传质。
图2.具有连续和层次结构的RuFe-WOx的制备示意图。
要点二：Ru和Fe的共掺杂为HER和MFO提供了最佳活性位点
WOx宿主和RuFe基掺杂物之间的协同作用优化了H*在晶格氧上的吸附（HER），也增强了HCOO*在钌点上的解吸（MFO）。Ru和Fe的共掺杂也使WOx的宿主和掺杂物产生协同的电子调制，使HER和MFO的内在活性位点得到改善，表现出内在HER和MFO高活性。
要点三：大电流密度下，MFO和HER电极对在碱性介质中表现出高选择性和耐用性
碱性介质中RuFe-WOx的高操作稳定性是由于以下几点:(1)低价W、Ru化合物的形成有利于提高催化剂的抗碱性。(2)相互连接的形态有利于稳定纳米结构，处理堆积问题和抑制结构解离。
图3.(a)各种催化剂在1MKOH中的MFO极化曲线（b）相应的Tafel斜率和氧化电位的比较(c)不同催化剂在10和mA/cm2下的MFO氧化电位（η10和η）的比较(d)Ru＆Fe-WOx和Pt/C的稳定性测试（e）各种催化剂的Cdl拟合图（f）各种催化剂在ECSA和ECSA标准化的特定HER活动中的比较
要点四：氢气和增值的甲酸盐以高FE值生产
当RuFe-WOx被应用于阴极和阳极时，可以在低电池电位下高效和高选择性地产生氢气和甲酸盐。实验中测得，基于RuFe-WOx/RuFe-WOx对的电解槽在10//mA·cm-2时提供1.38/1.50/1.62V的低电池电位，同时生成氢气和甲酸盐，其FE值大于90%，具有良好的长期耐久性。
作者介绍冯莱年获北京大学理学博士学位。-先后作为日本学术振兴会(JSPS)外国人特别研究员在日本筑波大学(UniversityofTsukuba)工作，及洪堡学者在埃尔兰根大学（Friedrich-Alexander-UniversityofErlangen-Nürnberg）访问工作。-年先后作为副研究员在中科院化学所工作以及作为外国人研究员在日本筑波大学筑波前沿研究联盟中心工作。在J.Am.Chem.Soc.,Angew.Chem.Int.Ed.,Acc.Chem.Res.,Chem.Soc.Rev.,J.Mater.Chem.A等国际重要学术期刊发表论文80余篇，合作编写三部英文专著各一章节。年加入苏州大学，同年被评为江苏省特聘教授，年入选江苏省六大高峰人才项目。研究领域主要包括：光伏材料（钙钛矿太阳能电池）；电催化（制氢、合成氨、污水处理、高附加值小分子合成）。
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