Robust Interfacial Hydrogen‐Bond Network on Positively Charged Ru‐N‐Ni Dual Sites Boosts Alkaline Hydrogen Electrocatalysis

电催化剂 催化作用 材料科学 吸附 电子转移 可逆氢电极 无机化学 氢键 化学工程 化学物理 光化学 化学 电化学 电极 物理化学 分子 有机化学 参比电极 工程类
作者
Longyu Qiu,Fenyang Tian,Lin He,Menggang Li,Fangxu Lin,Lu Li,Xiangling Ren,Fengyu Wu,L. H. Li,Tongbo Zhang,Jie Sheng,Yongsheng Yu,Weiwei Yang,Shaojun Guo
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202512568
摘要

Abstract Ruthenium (Ru)‐based dual‐site catalysts can efficiently accelerate alkaline hydrogen electrocatalytic kinetics by virtue of the well‐balanced competitive adsorptions of multiple reaction intermediates. However, their insufficient mass transfer makes them far away from the applications, largely lying to the challenge of precisely manipulating the interface water structure. Herein, a concept of nitrogen‐bridged positively charged dual sites with a robust interfacial hydrogen‐bond network is presented for enhancing alkaline hydrogen oxidation and evolution reactions (HOR and HER). The positively charged Ru and Ni sites are demonstrated to trigger the ordered water orientation with the favorable “O‐down” configuration, strengthening the interfacial hydrogen‐bond network and promoting the mass transfer. In particular, the efficient charge‐transfer channels of asymmetric Ru‐N‐Ni bridges can maintain the high‐valence of Ru sites and high electron density of Ni sites, thus stabilizing * OH adsorption on Ru sites and weakening * H adsorption on Ni sites, as well as enhancing anti‐CO poisoning ability. As a result, the elaborated Ru‐Ni 3 N catalysts achieve a mass activity of 60.6 A g −1 for HOR, representing one of the most active one among state‐of‐the‐art Ru‐based catalysts yet reported. This interfacial hydrogen‐bond network modulation strategy can also be extended to HER electrocatalysis, driving the anion exchange membrane water electrolyzer to achieve a low cell voltage of 1.79 V at 1 A cm −2 and excellent long‐term stability at an industrial current density of 500 mA cm −2 for more than 550 h.
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