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Lattice-hydrogen cycling mechanism enables pH-universal hydrogen evolution at ampere-level current densities

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作者
Yan Zhang,Biao Feng,Jingyi Tian,Shiqi Zhou,Changkai Zhou,Yiqun Chen,Xiaoli Xia,Xizhang Wang,Lijun Yang,Luming Peng,Qiang Wu,Hongwen Huang,Zheng Hu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 10863-10863 被引量:4
标识
DOI:10.1038/s41467-025-65909-3
摘要

Controllable supply of hydrogen intermediate across a wide pH range is crucial for electroreduction reactions, but is hindered by pH-dependent hydrogen species formation on conventional catalysts. We report a lattice-hydrogen cycling mechanism that dissociates hydrogen intermediate availability from electrolyte pH. By integrating proton-blocking Ru with thermally-hydrogenated HxWO3, we create a dynamic hydrogen reservoir, enabling efficient hydrogen supply. In-situ Raman spectroscopy, isotopic labeling, and theoretical simulations reveal the lattice hydrogen in HxWO3 migrates swiftly to Ru active sites via low-energy-barrier pathways, while consumed hydrogen is spontaneously replenished via proton adsorption (acidic) or water dissociation (alkaline/neutral). Consequently, this catalyst achieves a competitive pH-universal performance for hydrogen evolution reaction, with low overpotentials (125 mV acidic, 142 mV alkaline, 219 mV neutral @1 A cm-2) alongside 500-hour stability.
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