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第一作者：Lingbo Zong, Fenghong Lu, Ping Li, Kaicai Fan

通訊作者：王磊

通訊單位：青島科技大學(xué)

論文速覽

在合適的載體上包裹金屬實(shí)體的非均相催化劑，在催化各種化學(xué)反應(yīng)方面具有深遠(yuǎn)的意義，因此科研人員在金屬-載體相互作用調(diào)控方面進(jìn)行了大量的研究，以提高催化性能。

本文報(bào)道了一種利用高溫沖擊（HTS）方法在鈦氮化物（TiN）載體上負(fù)載亞-2 nm釕納米團(tuán)簇（HTS-Ru-NCs/TiN）的合成策略。該策略利用特殊的Ru-Ti相互作用，通過(guò)直接解吸RuCl₃、超快成核過(guò)程以及在極高溫度下的短暫融合時(shí)間，形成Ru-Ti界面周長(zhǎng)，從而將Ru NCs?錨定在TiN載體上。HTS-Ru-NCs/TiN在堿性溶液中對(duì)析氫反應(yīng)（HER）表現(xiàn)出顯著的活性，以極低的過(guò)電位達(dá)到10和100 mA cm^-2的電流密度。使用HTS-Ru-NCs/TiN組裝的堿性和陰離子交換膜水電解槽分別在1.65和1.67 V的電壓下達(dá)到1.0 A cm^-2的電流密度，證明了其在制氫工業(yè)中的應(yīng)用潛力。

理論模擬揭示了在Ru?NCs和TiN之間的界面周長(zhǎng)上形成有利的Ru-O和Ti-H鍵，加速了水分子解離動(dòng)力學(xué)，從而增強(qiáng)了HER活性。本工作為通過(guò)HTS策略設(shè)計(jì)特定界面周長(zhǎng)以提高多種催化性能提供了動(dòng)力。

圖文導(dǎo)讀

圖1：HTS-Ru-NCs/TiN的合成過(guò)程、TEM圖像、HR-TEM圖像、HAADF-STEM圖像。

圖2：TiN和HTS-Ru-NCs/TiN的XRD圖譜、高分辨率Ru 3d、Ti 2p和N 1s XPS光譜、Ru K邊XANES光譜。

圖3：不同溫度下制備的HTS-Ru-NCs/TiN樣品的XPS和XAS觀察到的Ru物種化學(xué)狀態(tài)的演變。

圖4：HTS-Ru-NCs/TiN、HTS-Ru-NCs/TiO₂、Pt/C和TiN在玻璃碳電極上的HER線性掃描伏安曲線、Tafel圖、CV循環(huán)前后的極化曲線。

圖5：Ru₃₈/TiN界面上水分子解離的AIMD模擬能量變化、初始狀態(tài)(IS)和最終狀態(tài)(FS)構(gòu)型的快照、Ti-O、Ru-O、Ti-H和Ru-H的徑向分布函數(shù)(RDFs)。

總結(jié)展望

本文通過(guò)高溫沖擊策略成功在TiN載體上負(fù)載了亞-2 nm的Ru NCs，形成了具有特殊Ru-Ti界面周長(zhǎng)的HTS-Ru-NCs/TiN。該材料在堿性溶液中對(duì)HER表現(xiàn)出卓越的電催化活性和穩(wěn)定性。

理論模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Ru-Ti界面周長(zhǎng)處的水分子解離動(dòng)力學(xué)得到加速，從而提高了HER的動(dòng)力學(xué)。本工作不僅為高溫沖擊策略提供了新的應(yīng)用實(shí)例，也為設(shè)計(jì)具有特定界面周長(zhǎng)的催化劑以提高催化活性和穩(wěn)定性開辟了新途徑。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Thermal Shock Synthesis for Loading Sub-2 nm Ru nanoclusters on Titanium Nitride as a Remarkable Electrocatalyst towards Hydrogen Evolution Reaction

期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202403525

原創(chuàng)文章，作者：wang，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/05/22/77081a0fa4/

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