Boosting Hydrogen Oxidation Kinetics by Promoting Interfacial Water Adsorption on d-p Hybridized Ru Catalysts

催化作用 动力学 吸附 电解质 解吸 密度泛函理论 化学 氢 化学工程 无机化学 物理化学 计算化学 有机化学 电极 工程类 物理 量子力学
作者
Liqing Wu,Lixin Su,Qing Liang,Wei Zhang,Yana Men,Wei Luo
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:13 (7): 4127-4133 被引量:103
标识
DOI:10.1021/acscatal.2c05547
摘要

The search for highly efficient and cost-effective electrocatalysts for hydrogen oxidation reaction (HOR) under alkaline electrolytes is essential for the commercial application of anion exchange membrane fuel cells. However, the kinetics of HOR in an alkaline media is much slower than that in an acidic electrolyte, which usually results in orders of magnitude decrease in the catalytic performance. Herein, we report the synthesis of d-p orbital hybridized Ru catalysts through Sn/Ga doping. Density functional theory (DFT) calculations and experimental results including H 2 -temperature programmed desorption (H 2 -TPD) and in situ Raman spectra unveil that the electronic structure modification of Ru derived from the unconventional d-p hybridization could lead to the promoted interfacial water adsorption ability and optimized hydrogen adsorption free energy during the alkaline HOR process. As expected, the d-p hybridized Ru catalyst shows much decreased formation energy of water, which contributes to the changed potential-determining step (PDS) and remarkable HOR activity with the mass activity up to 1790 mA mg Ru –1 . This work not only illustrates the key role of interfacial water adsorption ability but also provides a strategy for rationally designing advanced electrocatalysts for alkaline HOR.
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