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氫氣是一種可持續生產的能源載體，是能夠解決能源危機和生態環境問題的最有前景的候選者。電催化析氫(HER)是最有效的制氫方法。但是設計更高效和任何pH值通用的HER催化劑極仍具有挑戰性。

西北大學申燁華、王正等用Ru(bpy)₃Cl₂(bpy = 2,2′-聯吡啶)浸漬大量環保的細菌纖維素(BC)，隨后將其熱解得到一系列用于析氫反應(HER)的Ru基催化劑(Ru@CNF)。

Ru@CNF對HER的優異電催化活性可歸因于受限制的亞2 nm Ru NPs和原子Ru物種的協同作用，以及氧化CNF內的尺寸限制，導致內部納米纖維表面和Ru物種之間發生特殊的相互作用。

在HER過程中，當電流密度為10 mA cm^-2時，Ru@CNF的過電位分別為19.6 mV(1.0 M KOH)和55.0 mV(0.5 M H₂SO₄)，在10000次CV循環后仍保持活性。

DFT計算表明，Ru₁₅表現出比Ru₅₅(-0.46 eV和0.28 eV，H₂O吸附和解離自由能)和Ru₈₈(-0.27 eV和0.75 eV，H₂O吸附和解離自由能)更高的H₂O吸附自由能(-0.86 eV)和更低的H₂O解離自由能(0.13 eV)。

另外，Ru₁₅顯示出比Ru₅₅(-0.22 eV)和Ru₈₈(-0.37 eV)更小的ΔG_H*(-0.14 eV)。ΔG_H*值越接近0 eV，催化劑的H*解吸和H₂生成越有利。因此，減小Ru NPs的尺寸可提供卓越的HER活性。

Nanoscaled and atomic ruthenium electrocatalysts confined inside super-hydrophilic carbon nanofibers for efficient hydrogen evolution reaction. Small, 2021. DOI: 10.1002/smll.202102160

原創文章，作者：Gloria，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2023/10/12/5e4165426f/

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申燁華/王正Small: 超親水碳納米纖維內限制的納米級和原子Ru電催化劑用于高效HER

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