Optimizing Hydrogen Binding on Ru Sites with RuCo Alloy Nanosheets for Efficient Alkaline Hydrogen Evolution

过电位 塔菲尔方程 化学 结合能 催化作用 基质(水族馆) 电化学 合金 结晶学 材料科学 物理化学 原子物理学 电极 有机化学 地质学 物理 海洋学 生物化学
作者
Chao Cai,Kang Liu,Yuanmin Zhu,Pengcheng Li,Qiyou Wang,Bao Liu,Shanyong Chen,Huangjingwei Li,Li Zhu,Hongmei Li,Junwei Fu,Yu Chen,Evangelina Pensa,Junhua Hu,Ying–Rui Lu,Ting‐Shan Chan,Emiliano Cortés,Min Liu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:61 (4) 被引量:133
标识
DOI:10.1002/anie.202113664
摘要

Ruthenium (Ru)-based catalysts, with considerable performance and desirable cost, are becoming highly interesting candidates to replace platinum (Pt) in the alkaline hydrogen evolution reaction (HER). The hydrogen binding at Ru sites (Ru-H) is an important factor limiting the HER activity. Herein, density functional theory (DFT) simulations show that the essence of Ru-H binding energy is the strong interaction between the 4dz2 orbital of Ru and the 1s orbital of H. The charge transfer between Ru sites and substrates (Co and Ni) causes the appropriate downward shift of the 4dz2 -band center of Ru, which results in a Gibbs free energy of 0.022 eV for H* in the RuCo system, much lower than the 0.133 eV in the pure Ru system. This theoretical prediction has been experimentally confirmed using RuCo alloy-nanosheets (RuCo ANSs). They were prepared via a fast co-precipitation method followed with a mild electrochemical reduction. Structure characterizations reveal that the Ru atoms are embedded into the Co substrate as isolated active sites with a planar symmetric and Z-direction asymmetric coordination structure, obtaining an optimal 4dz2 modulated electronic structure. Hydrogen sensor and temperature program desorption (TPD) tests demonstrate the enhanced Ru-H interactions in RuCo ANSs compared to those in pure Ru nanoparticles. As a result, the RuCo ANSs reach an ultra-low overpotential of 10 mV at 10 mA cm-2 and a Tafel slope of 20.6 mV dec-1 in 1 M KOH, outperforming that of the commercial Pt/C. This holistic work provides a new insight to promote alkaline HER by optimizing the metal-H binding energy of active sites.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
luyao970131发布了新的文献求助10
刚刚
英俊的铭应助欣喜战斗机采纳,获得10
1秒前
Erick完成签到,获得积分10
2秒前
好好好发布了新的文献求助10
3秒前
BioRick发布了新的文献求助10
3秒前
4秒前
4秒前
上官若男应助luyao970131采纳,获得10
6秒前
6秒前
星辰大海应助dabao采纳,获得10
7秒前
8秒前
10秒前
11秒前
12秒前
xhm完成签到 ,获得积分10
12秒前
呆萌的天宇完成签到,获得积分10
13秒前
13秒前
小锅完成签到,获得积分10
13秒前
1234354346发布了新的文献求助10
13秒前
ccc完成签到,获得积分10
14秒前
14秒前
16秒前
SUPERDOUBLE发布了新的文献求助10
17秒前
NexusExplorer应助科研通管家采纳,获得10
18秒前
Felice应助科研通管家采纳,获得30
18秒前
子车茗应助科研通管家采纳,获得10
18秒前
SciGPT应助科研通管家采纳,获得10
18秒前
子车茗应助科研通管家采纳,获得10
18秒前
李健应助科研通管家采纳,获得10
18秒前
深情安青应助科研通管家采纳,获得10
19秒前
研友_VZG7GZ应助科研通管家采纳,获得10
19秒前
子车茗应助科研通管家采纳,获得10
19秒前
小马甲应助科研通管家采纳,获得10
19秒前
19秒前
汉堡包应助科研通管家采纳,获得10
19秒前
深情安青应助科研通管家采纳,获得10
19秒前
英姑应助科研通管家采纳,获得10
19秒前
19秒前
子车茗应助科研通管家采纳,获得10
19秒前
Akim应助科研通管家采纳,获得10
19秒前
高分求助中
Evolution 10000
юрские динозавры восточного забайкалья 800
English Wealden Fossils 700
Mantiden: Faszinierende Lauerjäger Faszinierende Lauerjäger 600
Distribution Dependent Stochastic Differential Equations 500
A new species of Coccus (Homoptera: Coccoidea) from Malawi 500
A new species of Velataspis (Hemiptera Coccoidea Diaspididae) from tea in Assam 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3157519
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2808909
关于积分的说明 7879293
捐赠科研通 2467387
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1313431
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 630398
版权声明 601919