Manipulating the Microenvironment of Single Atoms by Switching Support Crystallinity for Industrial Hydrogen Evolution

结晶度 化学 材料科学 结晶学 化学物理 有机化学
作者
Luqi Wang,Mingyue Ma,Chenchen Zhang,Hao‐Hsiang Chang,Ying Zhang,Lin Li,Han‐Yi Chen,Shengjie Peng
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (7): e202317220-e202317220 被引量:80
标识
DOI:10.1002/anie.202317220
摘要

Abstract Modulating the microenvironment of single‐atom catalysts (SACs) is critical to optimizing catalytic activity. Herein, we innovatively propose a strategy to improve the local reaction environment of Ru single atoms by precisely switching the crystallinity of the support from high crystalline and low crystalline, which significantly improves the hydrogen evolution reaction (HER) activity. The Ru single‐atom catalyst anchored on low‐crystalline nickel hydroxide (Ru−LC−Ni(OH) 2 ) reconstructs the distribution balance of the interfacial ions due to the activation effect of metal dangling bonds on the support. Single‐site Ru with a low oxidation state induces the aggregation of hydronium ions (H 3 O + ), leading to the formation of a local acidic microenvironment in alkaline media, breaking the pH‐dependent HER activity. As a comparison, the Ru single‐atom catalyst anchored on high‐crystalline nickel hydroxide (Ru−HC−Ni(OH) 2 ) exhibits a sluggish Volmer step and a conventional local reaction environment. As expected, Ru−LC−Ni(OH) 2 requires low overpotentials of 9 and 136 mV at 10 and 1000 mA cm −2 in alkaline conditions and operates stably at 500 mA cm −2 for 500 h in an alkaline seawater anion exchange membrane (AEM) electrolyzer. This study provides a new perspective for constructing highly active single‐atom electrocatalysts.
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