Remodeling the Electronic Structure of Metallic Nickel and Ruthenium via Alloying in a Molecular Template for Sustainable Hydrogen Evolution

化学 金属 氢分子 纳米技术 冶金 化学物理 化学工程 催化作用 有机化学 材料科学 工程类
作者
Xuan Li,S. Wesley Long,Xuefeng Zhang,Wenjuan Huang,Zi‐Yi Du,Yaojie Lu,Liming Cao,Chun‐Ting He
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.4c00540
摘要

The reasonably constructed high-performance electrocatalyst is crucial to achieve sustainable electrocatalytic water splitting. Alloying is a prospective approach to effectively boost the activity of metal electrocatalysts. However, it is a difficult subject for the controllable synthesis of small alloying nanostructures with high dispersion and robustness, preventing further application of alloy catalysts. Herein, we propose a well-defined molecular template to fabricate a highly dispersed NiRu alloy with ultrasmall size. The catalyst presents superior alkaline hydrogen evolution reaction (HER) performance featuring an overpotential as low as 20.6 ± 0.9 mV at 10 mA·cm–2. Particularly, it can work steadily for long periods of time at industrial-grade current densities of 0.5 and 1.0 A·cm–2 merely demanding low overpotentials of 65.7 ± 2.1 and 127.3 ± 4.3 mV, respectively. Spectral experiments and theoretical calculations revealed that alloying can change the d-band center of both Ni and Ru by remodeling the electron distribution and then optimizing the adsorption of intermediates to decrease the water dissociation energy barrier. Our research not only demonstrates the tremendous potential of molecular templates in architecting highly active ultrafine nanoalloy but also deepens the understanding of water electrolysis mechanism on alloy catalysts.
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