钌（Ru）基电催化剂作为铂（Pt）的替代物在催化析氢反应（HER）中具有广阔的前景。然而，利用Ru催化剂上实现高效的反应过程仍然具有挑战性，尤其是在碱性介质中。

近日，中科大宋礼教授报道了一种在碳载体上形成的具有相邻Ru单原子的分散良好的Ru纳米粒子（Ru_1,n-NC）高性能碱性HER电催化剂。

文章要点

1）研究人员在高温下热解Ru锚定的聚吡咯得到Ru_1,n-NC。热解过程中，微小的钌物种转化为纳米粒子和单分散原子，聚吡咯被热解成有缺陷的碳载体。

2）得到的Ru_1,n-NC具有极低的过电位（14.8 mV）和较高的周转频率（-0.025 V下达到1.25 H² s^-1），远远超过商业上40wt%的Pt/C催化剂。

3）分析结果表明，Ru纳米颗粒和单一位点可以相互促进，将电子传递到碳载体。最终，加速了水的解离，降低了氢氧化物/氢在相邻Ru位点上的脱附能垒，从而使得Ru_1,n-NC具有优化的反应动力学，在碱性介质中实现了高效制氢。

这项工作提供了一个新的见解催化剂设计的同时优化的基本步骤，以在碱性介质中获得理想的电催化HER性能。

参考文献

Qun He, et al, Synergic Reaction Kinetics over Adjacent Ruthenium Sites for Superb Hydrogen Generation in Alkaline Media, Adv. Mater. 2022

DOI: 10.1002/adma.202110604

https://doi.org/10.1002/adma.202110604