Triple Interface Optimization of Ru‐based Electrocatalyst with Enhanced Activity and Stability for Hydrogen Evolution Reaction

电催化剂 过电位 材料科学 催化作用 溶解 化学工程 可逆氢电极 纳米技术 物理化学 电化学 有机化学 电极 工作电极 工程类 化学
作者
Guo‐Zheng Li,Tong Sun,Hua‐Jie Niu,Yan Yu,Tong Liu,Sisi Jiang,Qinglin Yang,Wei Zhou,Lin Guo
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (13) 被引量:124
标识
DOI:10.1002/adfm.202212514
摘要

Abstract A challenging task is to promote Ru atom economy and simultaneously alleviate Ru dissolution during the hydrogen evolution reaction (HER) process. Herein, Ru nanograins (≈1.7 nm in size) uniformly grown on 1 T ‐MoS 2 lace‐decorated Ti 3 C 2 T x MXene sheets (Ru@1 T ‐MoS 2 ‐MXene) are successfully synthesized with three types of interfaces (Ru/MoS 2 , Ru/MXene, and MoS 2 /MXene). It gives high mass activity of 0.79 mA µg Ru −1 at an overpotential of 100 mV, which is ≈36 times that of Ru NPs. It also has a much smaller Ru dissolution rate (9 ng h −1 ), accounting for 22% of the rate for Ru NPs. Electrochemical tests, scanning electrochemical microscopy measurements combined with DFT calculations disclose the role of triple interface optimization in improved activity and stability. First, 2D MoS 2 and MXene can well disperse and stabilize Ru grains, giving larger electrochemical active area. Then, Ru/MoS 2 interfaces weakening H * adsorption energy and Ru/MXene interfaces enhancing electrical conductivity, can efficiently improve the activity. Next, MoS 2 /MXene interfaces can protect MXene sheet edges from oxidation and keep 1 T ‐MoS 2 phase stability during the long‐term catalytic process. Meanwhile, Ru@1 T ‐MoS 2 ‐MXene also displays superior activity and stability in neutral and alkaline media. This work provides a multiple‐interface optimization route to develop high‐efficiency and durable pH‐universal Ru‐based HER electrocatalysts.
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