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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(rèn)為是一種高效且可持續(xù)的高純度氫氣生產(chǎn)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(guī)模應(yīng)用受到嚴(yán)格限制，這使得提高。為此，開發(fā)一種在堿性介質(zhì)中性能優(yōu)良、穩(wěn)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(xué)李箐課題組通過簡便的濕化學(xué)方法合成富含突起的Cu@NiRu核殼納米管(NTs)，以增強(qiáng)堿性溶液中的電催化析氫反應(yīng)。

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?？招腃u NTs以及刺狀突起表面可以增強(qiáng)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)移，并且可以通過調(diào)整殼中的Ru/Ni比來進(jìn)一步優(yōu)化催化劑的表面電子結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)更好的HER活性。

優(yōu)化后的Cu@NiRu NTs/C催化劑表現(xiàn)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(yōu)于大多數(shù)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(yōu)化的Cu@NiRu NTs/C在5000次循環(huán)測試后顯示出極好的穩(wěn)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(xié)同作用是提高HER的重要因素。此外，Ni 3d帶中心的下移促進(jìn)了H在Ru位點上的結(jié)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(wěn)定RuNi合金殼層，促進(jìn)核殼之間的電荷轉(zhuǎn)移。因此，Cu@NiRu NTs 的高活性可歸因于適當(dāng)?shù)谋砻婧秃藲そY(jié)構(gòu)，以及Ru和Ni之間的協(xié)同效應(yīng)以及相應(yīng)優(yōu)化的電子結(jié)構(gòu)。

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

原創(chuàng)文章，作者：Gloria，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/11/01/790e787835/

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