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華科李箐Small: 過電位僅為22 mV! 富突出Cu@NiRu NTs用于高效電催化堿性HER

電催化水分解被認為是一種高效且可持續的高純度氫氣生產方法。對于陰極上的HER，Pt基催化劑是目前最好的析氫催化劑，但由于Pt的高成本和低豐度，其大規模應用受到嚴格限制，這使得提高。為此，開發一種在堿性介質中性能優良、穩定性高和成本相對較低的HER催化劑勢在必行。

近日，華中科技大學李箐課題組通過簡便的濕化學方法合成富含突起的Cu@NiRu核殼納米管(NTs)，以增強堿性溶液中的電催化析氫反應。

一維核殼納米管可以通過使用部分犧牲的Cu納米線(NWs)作為模板，然后在表面上合金化還原的Ni和Ru來獲得。空心Cu NTs以及刺狀突起表面可以增強反應物的轉移，并且可以通過調整殼中的Ru/Ni比來進一步優化催化劑的表面電子結構，以實現更好的HER活性。

優化后的Cu@NiRu NTs/C催化劑表現出出色的活性，在10 mA cm^-2電流密度下的HER過電位低僅為22 mV，這明顯優于大多數報道的基于Ru的堿性HER催化劑。更重要的是，由于空心Cu NTs可以防止RuNi合金殼的聚集，優化的Cu@NiRu NTs/C在5000次循環測試后顯示出極好的穩定性，過電位幾乎沒有變化。

實驗和密度泛函理論(DFT)計算表明，Cu@Ru (0001)的氫吸附自由能小于Cu@NiRu (0001)，這表明對于Cu@NiRu NTs，Ru和Ni之間的協同作用是提高HER的重要因素。此外，Ni 3d帶中心的下移促進了H在Ru位點上的結合減弱；Cu d帶的明顯位移帶表明Cu起到為殼層提供豐富電子的作用，可以穩定RuNi合金殼層，促進核殼之間的電荷轉移。因此，Cu@NiRu NTs 的高活性可歸因于適當的表面和核殼結構，以及Ru和Ni之間的協同效應以及相應優化的電子結構。

Protrusion-Rich Cu@NiRu Core@shell Nanotubes for Efficient Alkaline Hydrogen Evolution Electrocatalysis. Small, 2022. DOI: 10.1002/smll.202202496

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