Oxygen-deficient tungsten oxide inducing electron and proton transfer: Activating ruthenium sites for hydrogen evolution in wide pH and alkaline seawater

化学 氧气 无机化学 析氧 氧化物 质子 电子转移 海水 催化作用 氧化钨 质子耦合电子转移 电化学 光化学 电极 物理化学 量子力学 物理 海洋学 有机化学 地质学
作者
Bowen Zhou,Hao Ding,Wei Jin,Yihe Zhang,Zexing Wu,Lei Wang
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:660: 321-333 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.01.064
摘要

The design of electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction (HER) that perform effectively across a broad pH spectrum is paramount. The efficiency of hydrogen evolution at ruthenium (Ru) active sites, often hindered by the kinetics of water dissociation in alkaline or neutral conditions, requires further enhancement. Metal oxides, due to superior electron dynamics facilitated by oxygen vacancies (OVS) and shifts in the Fermi level, surpass carbon-based materials. In particular, tungsten oxide (WO3) promotes the directed migration of electrons and protons which significantly activates the Ru sites. Ru/WO3-OV is prepared through a simple hydrothermal and low-temperature annealing process. The prepared catalyst achieves 10 mA cm-2 at overpotentials of 23 mV (1 M KOH), 36 mV (0.5 M H2SO4), 62 mV (1 M PBS), and 38 mV (1 M KOH + seawater). At an overpotential corresponding to 10 mA cm-2 in 1 M KOH and 1 M KOH + seawater, the mass activity of Ru/WO3-OV is about 7.7 and 7.86 times that of 20 wt% Pt/C. The improvement in activity and stability arises from electronic modifications attributed to metal-support interaction. This work offers novel insights for modulating the HER activity of Ru sites across a wide pH range.
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