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探索高效、稳定、低成本的析氢催化剂是电化学劈裂水的实际应用的关键。Ru基催化剂在HER中具有巨大的应用潜力，但由于现阶段性能和耐久性不足，阻碍了其广泛应用。此外，了解和揭示钌基催化剂的活性增强机理仍然是非常具有吸引力和挑战性的。在此，我们利用氧化石墨烯(GO)的富氧官能团吸附Ru物种，并通过退火原位生成还原氧化石墨烯负载的Ru纳米颗粒(NPs)催化剂(Ru/rGO-700)。Ru/rGO-700在碱性电解质10 mA cm−2的过电压低26 mV。同时，载体和锚定的Ru NPs之间的Ru- o键引起的强相互作用使催化剂具有理想的稳定性，因此在5万次耐久性测试循环后，催化剂的活性几乎没有衰减。密度泛函理论(DFT)计算表明，阴离子氧的引入导致Ru NPs的缺电子特性，削弱了Ru-H的亲和能力，加速或促进了Ru-H的解离和解氢。此外，集成晶体轨道哈密顿布居(ICOHP)证实了电子空穴的引入削弱了Ru原子间的反键相互作用，从而大大提高了催化剂的稳定性
图1 (a)催化剂合成示意图。(b) Ru/rGO-700的透射电镜图像，(c, c1, c2) Ru/rGO-700的高分辨率透射电镜图像，(c1)为(c)的局部放大，标记了晶格间距，(c2)为对应的快速前沿变换(FFT)图像。(d) Ru/rGO-700的EDS结果。(e)元素映射结果。(f)不同退火温度下Ru/rGO的X射线衍射(XRD)谱图。(g) Ru/rGO-700和rGO的拉曼光谱。
图2 Ru/rGO-700的(a) Ru 3p和(b) O 1s的高分辨率XPS光谱;(c) Ru k边XANES光谱。(d)对EXAFS谱的k3加权χ(k)函数进行傅里叶变换;(e)对Ru箔、Ru/rGO-700和RuO2样品的k3加权EXAFS信号进行小波变换。
图3 Ru/rGO-700、Pt/C和Ru/C在1.0M KOH溶液中的HER性能。(a)极化曲线。(b)塔费尔斜坡。(c, d) Cdl和EIS。(e) 50,000个电位循环前后催化剂的极化曲线，(f) 10 mA cm-2下过电位增长的比较。
图4 (a) Ru块体的COHP图。 (b) Ru块体的ICOHP值。(c) Ru57/GO的原子结构。(d) Ru57/GO的电荷密度差。 (e) Ru57/GO的最佳氢吸附构型及其对应的ΔGH*。(f)计算出Ru(002)、Ru57和Ru57/GO的ΔGH*。(g) Ru57/GO上Volmer-Tafel路线的能量图。 相关科研成果由海南大学Xinlong Tian, Peilin Deng和Jing Li等于2021年发表在Chemical Engineering Journal (https:///10.1016/j.cej.2021.134421)上。原文：Bridge the activity and durability of Ruthenium for hydrogen evolution reaction with the Ru-O-C link。 |
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