Nitrogen-doped graphene aerogel-supported ruthenium nanocrystals for pH-universal hydrogen evolution reaction

材料科学 气凝胶 催化作用 化学工程 石墨烯 纳米晶 电催化剂 纳米孔 无机化学 纳米技术 电化学 化学 物理化学 电极 有机化学 工程类
作者
Yu Ding,Kaiwen Cao,Jiawei He,Fumin Li,Hao Huang,Pei Chen,Yu Chen
出处
期刊:Chinese Journal of Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:43 (6): 1535-1543 被引量:153
标识
DOI:10.1016/s1872-2067(21)63977-3
摘要

The design and synthesis of high-performance and low-cost electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction (HER), a key half-reaction in water electrolysis, are essential. Owing to their modest hydrogen adsorption energy, ruthenium (Ru)-based nanomaterials are considered outstanding candidates to replace the expensive platinum (Pt)-based HER electrocatalysts. In this study, we developed an adsorption-pyrolysis method to construct nitrogen (N)-doped graphene aerogel (N-GA)-supported ultrafine Ru nanocrystal (Ru-NC) nanocomposites (Ru-NCs/N-GA). The particle size of the Ru-NCs and the conductivity of the N-GA substrate can be controlled by varying the pyrolysis temperature. Optimal experiments reveal revealed that 10 wt% Ru-NCs/N-GA nanocomposites require overpotentials of only 52 and 36 mV to achieve a current density of 10 mA cm−2 in 1 mol/L HClO4 and 1 mol/L KOH electrolytes for HER, respectively, which is comparable to 20 wt% Pt/C electrocatalyst. Benefiting from the ultrafine size and uniform dispersion of the Ru-NCs, the synergy between Ru and the highly conductive substrate, and the anchoring effect of the N atom, the Ru-NCs/N-GA nanocomposites exhibit excellent activity and durability in the pH-universal HER, thereby opening a new avenue for the production of commercial HER electrocatalysts.
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