g‐C 3 N 4 ‐Mediated Synthesis of Ru Crystalline/Amorphous Heterostructures on N‐Doped Carbon for Efficient and Chloride‐Resistant Alkaline HER

材料科学 兴奋剂 无定形固体 异质结 氯化物 碳纤维 化学工程 无定形碳 无机化学 纳米技术 结晶学 光电子学 冶金 复合数 复合材料 工程类 化学
作者
Liqiang Hou,Zhaoyue Zhang,Xuemei Cui,Chaoyue Sun,Min Gyu Kim,Haeseong Jang,Zijian Li,Xien Liu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (7) 被引量:6
标识
DOI:10.1002/adfm.202517551
摘要

Abstract Developing Pt‐alternative electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction (HER) requires balancing activity, stability, and corrosion resistance. Herein, a g‐C 3 N 4 ‐mediated pyrolysis strategy is reported to construct nitrogen‐doped carbon‐anchored Ru nanoparticles with a crystalline/amorphous heterostructure (a/c‐Ru@NC). During pyrolysis, g‐C 3 N 4 coordinates Ru 3+ ions via N‐sites and releases reductive gases for in situ reduction. Strong Ru─N bonding disrupts the atomic ordering in the core, forming amorphous Ru (a‐Ru). Under the reductive atmosphere, the outer region further crystallizes into the crystalline phase (c‐Ru) while the amorphous core remains preserved, thereby creating a phase‐junction structure. The resulting catalyst exhibits ultrahigh dispersion (≈2.27 nm particles, 1 wt.% Ru loading) with optimized electronic properties. In 1.0 m KOH, a/c‐Ru@NC achieves a low overpotential of 15 mV at 10 mA cm −2 , a highly competitive mass activity of 24.312 A mg Ru −1 (37 × higher than Pt/C), and negligible decay after 250 h operation. Crucially, it demonstrates exceptional chloride‐corrosion resistance, showing only 8 mV overpotential increase from 0 m to saturated NaCl in electrolyte, much lower than that of commercial Ru/C (44 mV) and Pt/C (23 mV). This work provides a heterostructure design paradigm for sustainable hydrogen production in saline environments.
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