Crystalline/Amorphous‐Ru/VOx Phase Engineering Expedites The Alkaline Hydrogen Evolution Kinetics

过电位 塔菲尔方程 材料科学 催化作用 无定形固体 化学工程 分解水 解吸 铂金 无机化学 吸附 物理化学 结晶学 化学 电化学 有机化学 工程类 光催化 电极
作者
Zhenhua Tao,Hongyu Zhao,Ning Lv,Xu Luo,Jun Yu,Xin Tan,Shichun Mu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (19) 被引量:55
标识
DOI:10.1002/adfm.202312987
摘要

Abstract Active and durable catalysts for hydrogen evolution reaction (HER) are of great significance for developing renewable hydrogen energy. Herein, crystalline/amorphous‐Ru/VO x (c/a‐Ru/VO x ) heterogeneous catalysts are conceived, in which the amorphous VO x exposes more active sites and enhances charge transport compared with the counterpart with a crystal phase structure, strengthening the electronic interaction between metal‐support. As expected, c/a‐Ru/VO x ‐500 with heat treatment at 500 °C exhibits excellent HER performance under alkaline conditions, with an overpotential of only 33 mV at 10 mA cm −2 and small Tafel slope (27 mV dec −1 ), superior to commercial platinum/carbon (Pt/C) catalysts. Particularly, its mass activity (0.335 A mg Ru −1 ) is 1.5 times greater than that of Pt/C (0.224 A mg Pt −1 ) at an overpotential of 50 mV. Also, it shows good industrial application prospects through tests under high temperature, high alkalinity, and large current conditions. Theoretical calculations unveil that there exists a charge redistribution at c/a‐Ru/VO x heterointerfaces, which makes the surface of Ru takes on an electron‐deficient state, resulting in optimization of adsorption and desorption for different reaction intermediates. This optimized behavior effectively reduces the thermodynamic energy barrier, allowing the catalyst with greatly enhanced HER performance. The exploration provides a promising strategy for designing efficient and durable catalysts for HER.
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