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

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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]
卷期号:664: 251-262 被引量:2
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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