Ruthenium-cobalt nanoalloys encapsulated in nitrogen-doped graphene as active electrocatalysts for producing hydrogen in alkaline media

催化作用 石墨烯 电催化剂 铂金 材料科学 双金属片 制氢 无机化学 电解 化学工程 化学 纳米技术 电极 电化学 电解质 有机化学 物理化学 工程类
作者
Jianwei Su,Yang Yang,Guoliang Xia,Jitang Chen,Peng Jiang,Qianwang Chen
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:8 (1) 被引量:751
标识
DOI:10.1038/ncomms14969
摘要

Abstract The scalable production of hydrogen could conveniently be realized by alkaline water electrolysis. Currently, the major challenge confronting hydrogen evolution reaction (HER) is lacking inexpensive alternatives to platinum-based electrocatalysts. Here we report a high-efficient and stable electrocatalyst composed of ruthenium and cobalt bimetallic nanoalloy encapsulated in nitrogen-doped graphene layers. The catalysts display remarkable performance with low overpotentials of only 28 and 218 mV at 10 and 100 mA cm −2 , respectively, and excellent stability of 10,000 cycles. Ruthenium is the cheapest platinum-group metal and its amount in the catalyst is only 3.58 wt.%, showing the catalyst high activity at a very competitive price. Density functional theory calculations reveal that the introduction of ruthenium atoms into cobalt core can improve the efficiency of electron transfer from alloy core to graphene shell, beneficial for enhancing carbon–hydrogen bond, thereby lowing ΔG H* of HER.
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