亚纳米金属簇催化剂具有独特的电子结构，因此能够表现与单原子催化剂或者纳米粒子催化剂相异的电催化活性，但是簇催化剂的电催化活性一般并没有得到很好的揭示，尤其是亚纳米尺寸催化剂的粒径-催化活性关系。

有鉴于此，深圳大学何传新等报道合成一系列Ru纳米晶，包括单原子、亚纳米簇（1 nm）、较大的纳米粒子（2.3 nm、3.1 nm），用于研究催化剂的尺寸对于碱性分解水HER反应活性的影响。

本文要点

（1）

通过实验和理论计算，发现Ru催化剂的粒径直接决定了d带中心的位置。Ru的d带中心位置的向下移动与粒子的直径之间呈现线性变化，其中亚纳米尺寸的Ru簇的d带中心最靠近Fermi能级，表现最优异的分解水催化活性，性能比单原子催化剂、纳米粒子催化剂的HER催化活性都更好。

（2）

由于Ru簇催化剂具有更高的金属利用率（更高的表面积/体积比例提供丰富的催化剂暴露位点）和更强的水分解能力，达到10 mA cm^-2电流密度所需的过电势仅为13 mV，在100 mV过电势实现了超高的催化反应TOF 43.3 s^-1（性能比其他报道的结果更好），性能达到市售Pt/C催化剂的336.1倍。当催化剂的担载量仅为1 mg cm^-2时，1000 mA cm^-2电流密度时Ru簇催化剂的过电势仅为196 mV。这项研究展示了亚纳米金属簇催化剂的优异电催化性能，而且说明这种优异催化活性的产生原因。

参考文献

Hu, Q., Gao, K., Wang, X. et al. Subnanometric Ru clusters with upshifted D band center improve performance for alkaline hydrogen evolution reaction. Nat Commun 13, 3958 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-31660-2

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31660-2