D‐Orbital‐Modulated Ruthenium Embedded within Functionalized Hollow MXene Networks for Enhanced Hydrazine‐Assisted Hydrogen Production

过电位 电催化剂 制氢 材料科学 电化学 析氧 分解水 催化作用 无机化学 化学工程 电极 化学 物理化学 有机化学 工程类 光催化
作者
Thanh Hai Nguyen,Duy Thanh Tran,Deepanshu Malhotra,Phan Khanh Linh Tran,Van An Dinh,Thi Thuy Nga Ta,Chung‐Li Dong,Nam Hoon Kim,Joong Hee Lee
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202502553
摘要

Abstract Electrochemical green hydrogen production via water splitting is an attractive and sustainable pathway; however, the sluggish kinetics of anodic oxygen evolution reaction is still a critical challenge. In this study, an effective electrocatalyst engineering approach is demonstrated by preparing an innovative hybrid of ruthenium d‐orbitals‐regulated nanoclusters embedding within functionalized hollow Ti 3 C 2 MXene networks (Ru 0.91 Ni 0.09 ‐N/O‐Ti 3 C 2 ) to promote the hydrazine‐assisted hydrogen production. A specific charge redistribution is revealed, locally concentrating at interfaces derived from stable Ru(Ni)‐N/O‐Ti coordination and d – p orbital hybridization. The charge transfer effect from Ni to Ru within Ru 0.91 Ni 0.09 structure and Ru 0.91 Ni 0.09 to N/O‐Ti 3 C 2 tailors electronic features of Ru sites to enable reasonable adsorption/desorption toward reactant intermediates. The Ru 0.91 Ni 0.09 ‐N/O‐Ti 3 C 2 requires an overpotential of only 29.3 mV for cathodic hydrogen evolution and a low potential of −29.9 mV for anodic hydrazine oxidation to reach 10 mA cm −2 , showing excellent stability. The hydrazine‐assisted hydrogen production system based on Ru 0.91 Ni 0.09 ‐N/O‐Ti 3 C 2 electrodes delivers small cell voltages of 0.02 V at 10 mA cm −2 and 0.92 V at industrial current level of 1.0 A cm −2 . This work may open a new electrocatalysis strategy from lab scale to industry for robust and efficient green hydrogen production.

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