中科大宋礼AM：相邻Ru位点的协同反应动力学助力碱性介质中产生氢气

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钌（Ru）基电催化剂作为铂（Pt）替代品在催化析氢反应（HER）中很有前景。然而，在Ru基催化剂上实现高效的反应过程仍然具有挑战性，特别是在碱性介质中。基于此，中国科学技术大学宋礼教授（通讯作者）等人报道了一种具有相邻Ru单原子（Ru1, n-NC）的有缺陷碳负载的分散良好的Ru纳米颗粒作为碱性HER的电催化剂。

通过实验分析和密度泛函理论（DFT）计算发现，Ru纳米颗粒与碱性HER中单个原子之间的相互动力学促进。简而言之，Ru纳米颗粒与单个位点之间的电子效应协同促进了H2O在其上的解离，从而为Ru1, n-NC上发生的后续反应提供快速质子；同时降低了Ru纳米颗粒上的OH解吸能垒和单个位点的H解吸能垒。此外，快速的质子供应中和了Ru纳米颗粒上的H键合强度，以防止HER的效率损失。
由于Ru纳米颗粒与单原子之间的协同效应，Ru1, n-NC在-0.025 V vs RHE时实现了14.8 mV的超低过电位和1.25 H2 s-1的高转化频率（TOF），远优于商用40 wt% Pt/C和大多数已报道的催化剂。该工作为催化剂设计提供了新的见解，同时优化了基本步骤，以获得在碱性介质中的理想HER性能。
Synergic Reaction Kinetics over Adjacent Ruthenium Sites for Superb Hydrogen Generation in Alkaline Media. Adv. Mater., 2022, DOI: 10.1002/adma.202110604.

https://doi.org/10.1002/adma.202110604.


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