電化學水分解反應是一種環境友好的制氫工藝。鉑基催化劑是目前公認的高活性HER催化劑，然而鉑的儲量少、成本高、穩定性差，阻礙了其廣泛應用。釕(Ru)的吸附氫強度(65 kcal mol^?1)與鉑相近，并具有較低的水分解能壘和良好的耐久性。最近的研究表明，將Ru納米顆粒(Ru NPs)與陰離子摻雜的碳載體結合，促進了Ru納米顆粒向陰離子摻雜的碳電子轉移的轉變，減弱了對H的吸附，從而改善了HER的性能。

然而，這種催化劑通常通過金屬-有機框架，碳點或陰離子前體/石墨烯的高溫煅燒獲得，這導致碳載體的表面組成不可預測，不利于結構-性能關系的分析。因此，開發具有定制結構的新型碳載體以解決上述問題，從而優化電催化活性是一項具有挑戰性的任務。

近日，華中科技大學李芳芳和彭平等設計并合成了堿性對HER具有高活性的富勒烯醇C₆₀(OH)₂₄負載的Ru納米粒子異質結構(Ru-OC₆₀)。結構表征表明，C₆₀的球形結構提供了一種空間限制效應，使Ru納米粒子能夠均勻分散。

實驗結果和密度泛函理論(DFT)計算表明，C₆₀的吸電子性能誘導了電荷重分布，增強了Ru納米粒子與C₆₀載體的相互作用，導致不同中間體在C₆₀負載的Ru納米粒子上的吸附/解吸效果優于石墨烯負載的Ru納米粒子。此外，Ru納米粒子在C₆₀富勒醇上的錨定和限制阻止了Ru納米粒子的聚集，從而確保了催化過程中更好的穩定性。

因此，最優的Ru-OC₆₀-300催化劑在10 mA cm^?2電流密度下的HER過電位為4.6 mV，Tafel斜率為24.7 mV dec^?1。此外，加速耐久性試驗(ADT)結果顯示，Ru-OC₆₀-300的在3000次循環試驗后過電位沒有變化，而商業Pt/C和Ru-OG-300在10 mA cm^?2電流密度下的過電位分別表現出15.4和14.1 mV的增加。

同時，穩定性試驗后的TEM分析顯示Ru-OC₆₀-300的形態和Ru NPs的尺寸保持不變，沒有觀察到Ru聚集，表明該催化劑具有優異的穩定性。綜上，這項工作不僅開發了一種高活性HER催化劑，而且為開發新一代富勒烯基催化劑及其它催化劑提供了指導。

C₆₀ Fullerenol to Stabilize and Activate Ru Nanoparticles for Highly Efficient Hydrogen Evolution Reaction in Alkaline Media. ACS Catalysis, 2023. DOI: 10.1021/acscatal.3c01610