Accelerating water dissociation kinetics by isolating cobalt atoms into ruthenium lattice

塔菲尔方程 过电位 铂金 离解(化学) 催化作用 材料科学 分解水 光化学 无机化学 化学 物理化学 电化学 电极 生物化学 有机化学 光催化
作者
Junjie Mao,Chun‐Ting He,Jiajing Pei,Wenxing Chen,Dongsheng He,Yiqing He,Zhongbin Zhuang,Chen Chen,Qing Peng,Dingsheng Wang,Yadong Li
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:9 (1): 4958-4958 被引量:350
标识
DOI:10.1038/s41467-018-07288-6
摘要

Designing highly active and robust platinum-free catalysts for hydrogen evolution reaction is of vital importance for clean energy applications yet challenging. Here we report highly active and stable cobalt-substituted ruthenium nanosheets for hydrogen evolution, in which cobalt atoms are isolated in ruthenium lattice as revealed by aberration-corrected high-resolution transmission electron microscopy and X-ray absorption fine structure measurement. Impressively, the cobalt-substituted ruthenium nanosheets only need an extremely low overpotential of 13 mV to achieve a current density of 10 mA cm-2 in 1 M KOH media and an ultralow Tafel slope of 29 mV dec-1, which exhibit top-level catalytic activity among all reported platinum-free electrocatalysts. The theoretical calculations reveal that the energy barrier of water dissociation can greatly reduce after single cobalt atom substitution, leading to its superior hydrogen evolution performance. This study provides a new insight into the development of highly efficient platinum-free hydrogen evolution catalysts.
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