Electronic Modulation and Mechanistic Study of Ru‐Decorated Porous Cu‐Rich Cuprous Oxide for Robust Alkaline Hydrogen Oxidation and Evolution Reactions

催化作用 动力学 化学 电子转移 氧化物 密度泛函理论 结合能 结晶学 材料科学 物理化学 计算化学 原子物理学 有机化学 物理 量子力学 生物化学
作者
Yi Liu,Lianrui Cheng,Yi Huang,Yuting Yang,Xianfa Rao,Shuqing Zhou,Tayirjan Taylor Isimjan,Xiulin Yang
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:16 (9) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/cssc.202202113
摘要

Rational design of high-efficiency and viable electrocatalysts is essential in overcoming the bottleneck of sluggish alkaline hydrogen oxidation/evolution reaction (HOR/HER) kinetics. In this study, a metal-organic framework-derived strategy for constructing a Pt-free catalyst with Ru clusters anchored on porous Cu-Cu2 O@C is proposed. The designed Ru/Cu-Cu2 O@C exhibits superior HOR performance, with a mass activity of 2.7 mA μgRu-1${{{\rm \mu }{\rm g}}_{{\rm R}{\rm u}}^{-1}}$ at 50 mV, which is about 24 times higher than that of state-of-the-art Pt/C (0.11 mA μgPt-1${{{\rm \mu }{\rm g}}_{{\rm P}{\rm t}}^{-1}}$ ). Significantly, Ru/Cu-Cu2 O@C also displays impressive HER performance by generating 26 mV at 10 mA cm-2 , which exceeds the majority of documented Ru-based electrocatalysts. Systematic characterization and density functional theory (DFT) calculations reveal that efficient electron transfer between Ru and Cu species results in an attenuated hydrogen binding energy (HBE) of Ru and an enhanced hydroxy binding energy (OHBE) of Cu2 O, together with an optimized H2 O adsorption energy with Cu2 O as the H2 O*-capturing site, which jointly facilitates HOR and HER kinetics.
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