Ru incorporated into Se vacancy-containing CoSe2 as an efficient electrocatalyst for alkaline hydrogen evolution

电催化剂 材料科学 空位缺陷 化学工程 化学 电化学 电极 物理化学 结晶学 有机化学 工程类
作者
Li Liu,Ziyi Yang,Weibo Gao,Jianghuan Shi,Jieyun Ma,Zongjian Liu,Lin Wang,Yichao Wang,Zhengfei Chen
出处
期刊:Nanoscale [Royal Society of Chemistry]
卷期号:16 (39): 18421-18429 被引量:4
标识
DOI:10.1039/d4nr02735c
摘要

In alkaline media, slow water dissociation leads to poor overall hydrogen evolution performance. However, Ru catalysts have a certain water dissociation performance, thus regulating the Ru-H bond through vacancy engineering and accelerating water dissociation. Herein, an excellent Ru-based electrocatalyst for the alkaline HER has been developed by incorporating Ru into Se vacancy-containing CoSe2 (Ru-VSe-CoSe2). The results from X-ray photoelectron spectroscopy, kinetic isotope effect, and cyanide poisoning experiments for four catalysts (namely Ru-VSe-CoSe2, Ru-CoSe2, VSe-CoSe2, and CoSe2) reveal that Ru is the main active site in Ru-VSe-CoSe2 and the presence of Se vacancies greatly facilitates electron transfer from Co to Ru via a bridging Se atom. Thus, electron-rich Ru is formed to optimize the adsorption strength between the active site and H*, and ultimately facilitates the whole alkaline HER process. Consequently, Ru-VSe-CoSe2 exhibits an excellent HER activity with an ultrahigh mass activity of 44.2 A mgRu-1 (20% PtC exhibits only 3 A mgRu-1) and a much lower overpotential (29 mV at 10 mA cm-2) compared to Ru-CoSe2 (75 mV), VSe-CoSe2 (167 mV), CoSe2 (190 mV), and commercial Pt/C (41 mV). In addition, the practical application of Ru-VSe-CoSe2 is illustrated by designing a Zn-H2O alkaline battery with Ru-VSe-CoSe2 as the cathode catalyst, and this battery shows its potential application with a maximum power density of 4.9 mW cm-2 and can work continuously for over 10 h at 10 mA cm-2 without an obvious decay in voltage.
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