Tuning the electronic metal-carbon interactions in Lignin-based carbon-supported ruthenium-based electrocatalysts for enhanced hydrogen evolution reactions

过电位 碳纤维 催化作用 掺杂剂 化学 纳米颗粒 无机化学 化学工程 材料科学 纳米技术 兴奋剂 物理化学 有机化学 电化学 复合材料 复合数 工程类 光电子学 电极
作者
Qichang Wang,Jing Zhao,Xiaoxuan Yang,Jianfei Li,Chunfei Wu,Dekui Shen,Chongbo Cheng,Lian-Hua Xu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:664: 251-262 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.03.019
摘要

Ruthenium (Ru) nanoparticles dispersed on carbon support are promising electrocatalysts for hydrogen evolution reaction (HER) due to strong electronic metal-carbon interactions (EMCIs). Defects engineering in carbon supports is an effective strategy to adjust EMCIs. We prepared nitrogen/sulfur co-doped carbon supported Ru nanoparticles (Ru@N/S-LC) using sodium lignosulfonate and urea as feedstocks. Intrinsic S dopants from sodium lignosulfonate create rich S defects, thus enhancing the EMCIs within Ru@N/S-LC, leading a faster electron transfer between Ru nanoparticles and N/S-LC compared with N-doped carbon supported Ru nanoparticles (Ru@N-CC). The resulting Ru@N/S-LC exhibits an enhanced work function and a down-shifted d-band center, inducing stronger electron capturing ability and weaker hydrogen desorption energy than Ru@N-CC. Ru@N/S-LC requires only 7 and 94 mV overpotential in acidic medium and alkaline medium to achieve a current density of 10 mA cm−2. Density Functional Theory (DFT) calculations were utilized to clarify the impact of sulfur (S) doping and the mechanism underlying the notable catalytic activity of Ru@N/S-LC. This study offers a perspective for utilizing the natural dopants of biomass to adjust the EMCIs for electrocatalysts.
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