探索原子钌和纳米钌在酸性和碱性介质中作为析氢反应活性位点的主导作用

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2024-05-23 10:48:38

探索原子钌和纳米钌在酸性和碱性介质中作为析氢反应活性位点的主导作用

析氢反应(HER)是水电解过程中最基本的电化学过程，所生产的氢是最具发展前景的清洁可再生能源。但其过电位高，动力学迟钝，限制了其应用。迄今为止，贵金属Pt一直是酸性和碱性电解质HER电催化剂中最重要的组分。然而，考虑到铂的高成本，探索具有成本效益和高活性的金属替代品是紧迫的。钌纳米粒子(NPs)和单原子(SAs)基材料是铂/碳析氢反应(HER)的替代电催化剂。探索原子和纳米钌在酸性和碱性介质中作为活性位点的主导作用对于优化性能是非常必要的。

有鉴于此，蔚山国立科技研究所Jaephil Cho、青岛科技大学刘希恩教授、刘尚果和吉林大学张伟教授等人，采用海藻酸钌金属-有机超分子转化方法合成了一种锚定在缺陷碳上的Ru SAs和NPs电催化剂(RuSA+NP/DC)。

本文要点：

1）通过简单地碳化 Ru-藻酸盐 MOSs 合成了一种含有 SAs 和 NPs 的 Ru 基电催化剂，其锚定在缺陷碳上（RuSA+NP/DC）。

2）在10 mA cm⁻²时，在酸性和碱性电解质中，RuSA+NP/DC的过电位分别为16.6 mV和18.8 mV，可与工业Pt/C电催化剂(16.5 mV和32.2 mV)和最近报道的大多数电催化剂相当甚至超过。值得注意的是，它的质量活性显著提高，在酸性和碱性介质中过电位50 mV时，质量活性分别是Pt/C的1.1和2.4倍。

3）理论计算表明，Ru SAs在酸性电解质中具有最适宜的H*吸附强度，对HER起主导作用，而Ru NPs在碱性电解质中有利于决定速率的H₂O的解离，因此具有显著的HER活性。

Lijie Zhang et al. Exploring the Dominant Role of Atomic- and Nano-Ruthenium as Active Sites for Hydrogen Evolution Reaction in Both Acidic and Alkaline Media. Advance Science, 2021.

DOI: 10.1002/advs.202004516

https://doi.org/10.1002/advs.202004516