Subnanometric Ru clusters with upshifted D band center improve performance for alkaline hydrogen evolution reaction

过电位 纳米颗粒 离解(化学) 纳米晶 材料科学 金属 纳米技术 化学物理 化学 结晶学 物理化学 电极 电化学 有机化学 冶金
作者
Qi Hu,Keru Gao,Xiaodeng Wang,Hongju Zheng,Jianyong Cao,Lingren Mi,Qihua Huo,Hengpan Yang,Jianhong Liu,Chuanxin He
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:632
标识
DOI:10.1038/s41467-022-31660-2
摘要

Abstract Subnanometric metal clusters usually have unique electronic structures and may display electrocatalytic performance distinctive from single atoms (SAs) and larger nanoparticles (NPs). However, the electrocatalytic performance of clusters, especially the size-activity relationship at the sub-nanoscale, is largely unexplored. Here, we synthesize a series of Ru nanocrystals from single atoms, subnanometric clusters to larger nanoparticles, aiming at investigating the size-dependent activity of hydrogen evolution in alkaline media. It is found that the d band center of Ru downshifts in a nearly linear relationship with the increase of diameter, and the subnanometric Ru clusters with d band center closer to Femi level display a stronger water dissociation ability and thus superior hydrogen evolution activity than SAs and larger nanoparticles. Benefiting from the high metal utilization and strong water dissociation ability, the Ru clusters manifest an ultrahigh turnover frequency of 43.3 s −1 at the overpotential of 100 mV, 36.1-fold larger than the commercial Pt/C.

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