Ru–Eu Dual Single‐Atom Catalysts Anchored Mesoporous Metallic Ti 4 O 7 for Long‐Term Large‐Current Alkaline Water Electrolysis

材料科学 塔菲尔方程 过电位 介孔材料 化学工程 分解水 催化作用 电解 电催化剂 无机化学 碱性水电解 电化学 电解水 电导率 贵金属 过渡金属 解吸 吸附 金属 析氧 拉曼光谱 比表面积 双功能 纳米棒
作者
Kehong Wang,Wei Zhao,Yao Dai,Yuge Cao,Zhangliu Tian,Yanli Liu,Fuqiang Huang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.75779
摘要

ABSTRACT Ruthenium‐based single‐atom catalysts (Ru‐SACs) are promising for the alkaline hydrogen evolution reaction (HER), but challenges like sluggish kinetics and poor stability limit their applications for high current water electrolysis (>500 mA cm −2 ). Herein, we develop a novel Ru–Eu dual single‐atom catalyst anchored on porous and conductive Magnéli‐phase Ti 4 O 7 (Ru/Eu@Ti 4 O 7 ) via selective etching and wet impregnation. Ru/Eu@Ti 4 O 7 exhibits a high specific surface area and metallic conductivity for efficient electrocatalytic HER. Europium incorporation significantly increases oxygen vacancies of Ti 4 O 7 induces lattice distortion, and modulates the electronical structure and coordination environment of Ru sites. Theoretical calculations indicate reduced adsorption strength of *H intermediate and decreased energy barrier of Ru/Eu@Ti 4 O 7 for HER. In situ Raman reveals enhanced water adsorption, dissociation, and intermediate desorption to accelerate the Volmer step in Ru/Eu@Ti 4 O 7 . Consequently, Ru/Eu@Ti 4 O 7 achieves exceptional HER performance with an overpotential of 29 mV at 10 mA cm −2 and a Tafel slope of 43 mV dec −1 in 1 m KOH and demonstrates impressive stability (>2000 h@1000 mA cm −2 @2.0 V) in a full electrolyzer with ultra‐low Ru mass loading (0.07 mg Ru cm −2 ). This study provides an effective strategy to construct noble metal based SACs with both high activity and high conductivity for large current water splitting.
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