Amorphous Ruthenium‐Sulfide with Isolated Catalytic Sites for Pt‐Like Electrocatalytic Hydrogen Production Over Whole pH Range

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作者
Pengsong Li,Xinxuan Duan,Shiyuan Wang,Lirong Zheng,Yaping Li,Haohong Duan,Yun Kuang,Xiaoming Sun
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:15 (46) 被引量:103
标识
DOI:10.1002/smll.201904043
摘要

Electrocatalytic hydrogen evolution reaction (HER) is an efficient way to generate hydrogen fuel for the storage of renewable energy. Currently, the widely used Pt-based catalysts suffer from high costs and limited electrochemical stability; therefore, developing an efficient alternative catalyst is very urgent. Herein, one pot hydrothermal synthesis is reported of amorphous ruthenium-sulfide (RuSx ) nanoparticles (NPs) supported on sulfur-doped graphene oxide (GO). The as-obtained composite serves as a Pt-like HER electrocatalyst. Achieving a current density of -10 mA cm-2 only requires a small overpotential (-31, -46, and -58 mV in acidic, neutral, and alkaline electrolyte, respectively) with high durability. The isolated Ru active site inducing Volmer-Heyrovsky mechanism in the RuSx NPs is demonstrated by the Tafel analysis and X-ray absorption spectroscopy characterization. Theoretical simulation indicates the isolated Ru site exhibits Pt-like Gibbs free energy of hydrogen adsorption (-0.21 eV) therefore generating high intrinsic HER activity. Moreover, the strong bonding between the RuSx and S-GO, as well as pH tolerance of RuSx are believed to contribute to the high stability. This work shows a new insight for amorphous materials and provides alternative opportunities in designing advanced electrocatalysts with low-cost for HER in the hydrogen economy.
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