與鉑催化劑相比，釕(Ru)具有相似的氫吸附能和相對較低的水分解能壘，被認為是堿水電解的一種有前途的替代品。然而，在堿性介質中，釕(Ru)在水分解過程中的Volmer步驟緩慢，阻礙了它的實際應用。
近日，四川大學趙長生、李爽和馬田等通過在納米碳載體上組裝并熱解層疊式和二維卟啉基Ru-N配位聚合物，成功制備出具有N-配位的Ru納米簇基催化劑Ru nc-Nx-T (T=500、600、700 °C)。
研究人員采用旋轉圓盤電極(RDE)評估了催化劑在1.0 M KOH中的HER活性。用極化曲線評價了所有合成催化劑的活性。沒有Ru nc-Nx配位結構的Ru nc-Cx-600催化劑在10 mA cm-2電流密度下過電位為120 mV，而具有N-配位的Ru nc-Nx-600的過電位僅為17 mV。
Ru nc-Nx-600催化劑的Tafel斜率為32.6 mV dec-1，遠低于Ru nc-Cx-600(93.6 mV dec-1)。
此外，Ru nc-Nx-600催化劑(2.709 mA cm-2)的交換電流密度(j0)比Ru nc-Cx-600(0.594 mA cm-2)高約4.6倍，這進一步證實了其在堿性介質中優異的內在HER活性。
電子結構分析表明，在Ru nc-Nx結構中存在著明顯的從Ru到N原子的局域電子轉移，從而在Ru nc-Nx的d帶中提供了更多的空軌道。
理論計算還表明，Ru nc-Nx位點增強了水的親核進攻，削弱了H?OH鍵，最終產生了更好的堿性HER動力學。
總的來說，本研究表明，對釕納米團簇的鍵環境進行調控可以對貴金屬的固有催化活性、過程和穩定性產生重要影響，為開發高活性、耐用的水電解催化劑以及其他催化反應開辟了新的途徑。
Modulating Electronic Environment of Ru Nanoclusters via Local Charge Transfer for Accelerating Alkaline Water Electrolysis. Small, 2022. DOI: 10.1002/smll.202204738
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