水電解可以在酸性或堿性介質中進行，質子交換膜(PEM)在酸性水電解已顯示出優異的性能，但其廣泛應用仍然受到PEM高成本和酸性介質中陽極析氧反應(OER)動力學緩慢的阻礙。當電解在堿性介質中進行時，上述問題可以得到緩解。然而，在堿性介質的陰極析氫反應(HER)的動力學緩慢，即使在基準Pt/C上，堿性介質中的HER動力學也比酸性中低2個數量級。因此，非常需要開發穩健的電催化劑來增強堿性HER以實現高效的堿性水電解。

今日，深圳大學何傳新課題組合成了一系列從單原子、亞納米簇到更大納米粒子的Ru納米晶體，以研究堿性介質中析氫活性與催化劑尺寸之間的關系。

基于實驗和理論結果，研究人員發現Ru納米晶體的直徑直接決定了d帶中心的能級，具有上移d中心的Ru團簇比Ru SAs和更大的Ru NPs具有更強的水解離能力，可以實現更高的HER的活性。此外，具有高比表面積的Ru簇提供了高度暴露的活性位點，從而顯著提高了Ru的金屬利用效率。

因此，Ru簇催化劑在100 mV的過電位下表現出43.3 s^-1的超高TOF，超過了其他已報道的電催化劑。

更重要的是，當質量負載增加到1 mg cm^-2時，Ru簇還可以在196 mV的過電位下產生1000 mA cm^-2的大電流密度，并且在該電流密度下連續進行100小時的析氫反應沒有觀察到明顯的電流密度衰減，這表明Ru簇有望用于實際HER。總的來說，Ru簇的優異電催化性能和獨特的物理化學特性有助于通過在亞納米尺度上調整金屬尺寸來開發穩健的電催化劑。

Subnanometric Ru Clusters with Upshifted D Band Center Improve Performance for Alkaline Hydrogen Evolution Reaction. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-31660-2