Nickel Hydroxide‐Supported Ru Single Atoms and Pd Nanoclusters for Enhanced Electrocatalytic Hydrogen Evolution and Ethanol Oxidation

过电位 塔菲尔方程 纳米团簇 材料科学 催化作用 电化学 氢氧化物 电催化剂 电解 无机化学 纳米技术 物理化学 冶金 化学 电极 电解质 有机化学
作者
An Pei,Guang Li,Lihua Zhu,Zinan Huang,Jinyu Ye,Yu‐Chung Chang,Sameh M. Osman,Chih‐Wen Pao,Qingsheng Gao,Binghui Chen,Rafael Luque
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (51) 被引量:64
标识
DOI:10.1002/adfm.202208587
摘要

Abstract The rational fabrication of Pt‐free catalysts for driving the development of practical applications in alkaline water electrolysis and fuel cells is promising but challenging. Herein, a promising approach is outlined for the rational design of multimetallic catalysts comprising multiple active sites including Pd nanoclusters and Ru single atoms anchored at the defective sites of Ni(OH) 2 to simultaneously enhance hydrogen evolution reactions (HER) and ethanol oxidation reactions (EOR). Remarkably, Pd 12 Ru 3 /Ni(OH) 2 /C exhibits a remarkably reduced HER overpotential (16.1 mV@10 mA cm −2 with a Tafel slope of 21.8 mV dec −1 ) as compared to commercial 20 wt.% Pt/C (26.0 mV@10 mA cm −2 , 32.5 mV dec −1 ). More importantly, Pd 12 Ru 3 /Ni(OH) 2 /C possesses a self‐optimized overpotential to 12.5 mV@10 mA cm −2 after 20 000 cycles stability test while a significantly decreased performance for commercial 20wt.% Pt/C (64.5 mV@10 mA cm −2 after 5000 cycles). The mass activity of Pd 12 Ru 3 /Ni(OH) 2 /C for the EOR is up to 3.724 A mg PdRu −1 , ≈20 times higher than that of commercial Pd/C. Electrochemical in situ Fourier transform infrared measurements confirm the enhanced CO 2 selectivity of Pd 12 Ru 3 /Ni(OH) 2 /C while synergistic and electronic effects of adjacent Ru, Pd, and OH ad adsorption on Ni(OH) 2 at low potential play a key role during EOR.
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