单个原子和纳米粒子固定在层次性多孔的碳上,用于强大的双pH进化

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 电化学 电化学 电化学
• 催化剂是一种催化剂.

背景情况:

• 开发用于演化反应 (HER) 的高效电催化剂对于清洁能源技术至关重要.
• 在以 (Ru) 为基础的催化剂中实现高金属利用率是提高催化活性的一个重大挑战.

研究的目的:

• 为演化反应 (HER) 开发一种用于合成高金属利用的催化剂的新策略.
• 为了研究共存的单个原子 (SA) 和纳米粒子 (NP) 对等级多孔碳的协同效应,以提高广泛的pH范围内的HER性能.

主要方法:

• 采用自模拟方法,同时将单个鲁原子 (SA) 和鲁纳米粒子 (NP) 固定在层次多孔的碳上.
• 在酸性和性溶液中评估了HER的电催化活性.
• 进行密度函数理论 (DFT) 计算,以了解电子结构和反应机制.

主要成果:

• 合成的Ru/C-800催化剂,在层次性多孔碳上具有共存的Ru SA和Ru NPs,表现出优异的HER催化活性.
• 催化剂表现出较低的超电位,以达到10 mA cm-2的电流密度,并且在酸性和性介质中具有最小的Tafel斜率.
• DFT的结果表明,Ru SA和Ru NPs的共存优化了电荷分布,增强了电荷转移动力学,并降低了吸附和水解离的能量障碍.

结论:

• 这种新的自我模板策略成功地创建了具有高金属利用率的高活性催化剂.
• 层次性多孔碳和Ru SA和Ru NPs的共存之间的协同效应是提高HER性能的关键.
• 这种方法为设计在HER的广泛pH范围内有效的先进电催化剂提供了一个有希望的途径.