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金屬銅在析氫反應(yīng)(HER)中的應(yīng)用受到其低內(nèi)在活性的嚴(yán)重限制，這是由于其表面性質(zhì)對(duì)水解離具有較大的能壘和與H^*的弱結(jié)合力。

基于此，韓國(guó)先進(jìn)科學(xué)技術(shù)研究院Jinwoo Lee和浦項(xiàng)科技大學(xué)Jeong Woo Han等報(bào)告了一種電子結(jié)構(gòu)工程策略，通過(guò)微量摻雜Ru(0.70wt%)來(lái)激活惰性Cu以顯著提高HER性能。

與H*結(jié)合力較弱的Cu不同，Ru具有很強(qiáng)的氫吸附能力，通過(guò)在Cu中摻雜少量的Ru，可以優(yōu)化Cu和H原子之間的相互作用，進(jìn)一步提高HER的內(nèi)在催化活性。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Ru摻雜劑能夠從Cu中吸引電子并調(diào)整其表面性質(zhì)，這降低了堿性HER過(guò)程中水解離過(guò)程的能壘，并優(yōu)化了酸性HER過(guò)程中與H^*的結(jié)合能。與純Cu相比，摻雜Ru后，催化劑的H^*結(jié)合增強(qiáng)了0.31 eV，更接近Pt的理想值0.15 eV。

在堿性和酸性溶液中，合成的Ru摻雜Cu在10 mA cm^-2電流密度下的HER過(guò)電位分別僅為33 mV和34 mV，其還具有優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

這項(xiàng)工作為通過(guò)電子結(jié)構(gòu)工程調(diào)節(jié)金屬銅的固有HER催化活性提供了一個(gè)新的概念，并指導(dǎo)了涉及HER、電化學(xué)CO₂還原和氮還原電催化過(guò)程的催化劑的設(shè)計(jì)。

Activation of Inert Copper for Significantly Enhanced Hydrogen Evolution Behaviors by Trace Ruthenium Doping. Nano Energy, 2021. DOI:10.1016/j.nanoen.2021.106763

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