钌（Ru）理论上被认为是一种可行的碱性析氢反应（HER）电催化剂，它具有快速的水分解动力学。然而，其对吸附的羟基（OH_ad）的强亲和力阻碍了活性位点，导致在实际的HER过程中的催化性能仍无法令人满意。

近日，德累斯顿工业大学冯新亮教授，南京师范大学Hanjun Sun合成了一种SnO₂纳米颗粒掺杂的碳载Ru单原子（Ru SAs-SnO₂/C），并作为一种新的电催化剂来调节Ru和OH_ad之间的强相互作用。

文章要点

1）研究人员首次尝试引入SnO₂(一种亲氧物种，具有良好的OH_ad吸附能力)通过Ru和SnO₂之间的竞争吸附来减轻OH_ad在Ru位点上的中毒。由于OH_ad优先吸附在SnO₂上，有效地促进了OH_ad转移过程(OH_ad + e- ⇋ OH^-，Vomer反应的关键步骤)和Ru活性位点的再生。

2）制备的Ru SAs-SnO₂/C催化剂在10 mA cm^-2 下表现出低过电位（10 mV），25 mV dec^-1的低Tafel斜率，和在1.0 M KOH电解质中在100 mV下5.44 H₂ s^-1的超高周转频率（TOF）值，这远低于商业Pt/C催化剂的性能(10 mA cm^-2下21 mV的过电位，32 mV dec^-1的Tafel斜率，0.74 H₂ s^-1)。此外，Ru SAs-SnO₂/C在25 mV下的质量活性比Pt/C催化剂高约8.2倍，突出了更高的贵金属利用率。优于最近报道的其他Pt基和Ru基电催化剂。

3）结合密度泛函理论（DFT ）,研究人员阐明了SnO₂的引入降低了Ru位点上的OH_ad中毒效应，这克服了Volmer步骤中的效率损失。

参考文献

Jiachen Zhang, et al, Competitive Adsorption: Reducing the Poisoning Effect of Adsorbed Hydroxyl on Ru Single-Atom Site with SnO₂ for Efficient Hydrogen Evolution, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202209486

https://doi.org/10.1002/anie.202209486