Interface Engineering with Ultralow Ruthenium Loading for Efficient Water Splitting

材料科学 接口(物质) 催化作用 分解水 纳米技术 工程物理 复合材料 有机化学 润湿 化学 光催化 工程类 坐滴法
作者
Yu Pei,Shaokui Guo,Qiangjian Ju,Zichuang Li,Peiyuan Zhuang,Ruguang Ma,Yifan Hu,Yufang Zhu,Minghui Yang,Yin Zhou,Jianfeng Shen,Jiacheng Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (32): 36177-36185 被引量:42
标识
DOI:10.1021/acsami.0c09593
摘要

Developing high-performance and cost-effective bifunctional electrocatalysts for water splitting is the key to large-scale hydrogen production. How to achieve higher performance with a lower amount of noble metal is still a major challenge. Herein, using a facile wet-chemistry strategy, we report the ultralow amount loading of ruthenium (Ru) on porous nickel foam (NF) as a highly efficient bifunctional electrocatalyst for water splitting. Theoretical simulations reveal that the coupling effect of Ru and Ni can significantly reduce the d-band center of the composite. The Ru-modified NF exhibits a very high level of HER activity with only 0.3 wt% of Ru, far surpassing commercial Pt/C. It only requires an extremely low overpotential (η10) of 10 mV to achieve a current density of 10 mA cm-2 in alkaline solution and a quite low Tafel slope of 34 mV dec-1. This catalyst also shows remarkable performance for overall water splitting with a low voltage of 1.56 V at 10 mA cm-2. These findings indicate the potential of this material in water-alkali electrolyzers, providing a new approach for fabrication of low-cost advanced electrocatalysts.
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