Angew：利用RuCo合金纳米片优化Ru位点的氢键结合实现高效碱性析氢

Nanoyu

2021-11-26

钌（Ru）基催化剂以其优异的性能和理想的成本成为碱性析氢反应（HER）中替代铂（Pt）的候选催化剂。Ru位点上的氢键（Ru-H）是限制其HER活性的重要因素。

近日，中南大学刘敏教授，德国慕尼黑大学Emiliano Cortés报道了通过调节Ru-H相互作用，展示了一种高效的RuCo ANSs碱性HER催化剂。

文章要点

1）密度泛函理论（DFT）计算表明，Ru-H结合能的实质是Ru的4dz²轨道与H的1s轨道之间的强相互作用。Ru位点与衬底（Co和Ni）之间的电荷转移导致Ru的4dz²带中心适当下移，导致RuCo体系中H*的吉布斯自由能为0.022 eV，远低于纯Ru体系的0.133 eV。

2）研究人员采用快速共沉淀法制备RuCo ANSs，然后进行温和的电化学还原。结构表征结果表明，Ru原子以xy平面对称和z向不对称配位的孤立活性中心嵌入到Co衬底中。氢传感器和程序升温脱附测试表明，与纯Ru纳米颗粒相比，RuCo ANS中的Ru-H相互作用显著增强。

3）实验结果显示，RuCo ANSs显示出极高的HER催化活性，在10 mA cm^-2下的过电位为10 mV。在100 mV下的TOF值为8.52 s^-1，远优于商用Pt/C和Ru/C催化剂。即使在复杂的工作条件下，RuCo ANSs在HER的过程中也表现出高度的稳定性。

这些发现是迈向高活性催化剂的重要一步，这些催化剂可用于各种涉及氢的应用，如氨硼烷降解、水-气变换和甲烷蒸汽重整反应。

参考文献

Chao Cai, et al, Optimizing hydrogen binding on Ru sites with RuCo alloy nanosheets for efficient alkaline hydrogen evolution, Angew. Chem. Int. Ed., 2021

DOI: 10.1002/anie.202113664

https://doi.org/10.1002/anie.202113664