Plasma-assisted highly dispersed Pt single atoms on Ru nanoclusters electrocatalyst for pH-universal hydrogen evolution

纳米团簇 过电位 电催化剂 催化作用 材料科学 化学工程 离解(化学) 无机化学 纳米技术 化学 电极 物理化学 电化学 有机化学 工程类
作者
Yanjun Chen,Jing Li,Ning Wang,Yanan Zhou,Jian Zheng,Wei Chu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:448: 137611-137611 被引量:67
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.137611
摘要

Exploring highly active and stable electrocatalyst using trace noble metals for hydrogen evolution reaction (HER) is urgently needed but still challenging. Here, atomically dispersed Pt on ultrafine Ru nanoclusters (∼1.46 nm) loaded by the commercial acetylene black (Acet) support is fabricated by a facile one-step cold-plasma technique. The Pt single atoms on Ru nanoclusters electrocatalyst (Pt0.47-Ru/Acet) with 0.47 wt% content of Pt exhibit an excellent HER activity in all pH, achieving ultralow overpotential of only 17, 28, and 8 mV at 10 mA·cm−2 in 1 M KOH, 0.5 M H2SO4, and 1 M PBS, respectively. And the mass activity of Pt0.47-Ru/Acet catalyst in alkaline is about 5.54 and 2.15 times that of commercial Ru/C and Pt/C catalyst at an overpotential of 100 mV, respectively. Meanwhile, after 8000 CV cycles, there is barely performance decrease for Pt0.47-Ru/Acet, displaying good stability. DFT calculation reveals that the Pt single atoms could effectively regulate the electronic structure of Ru clusters, and reduce the energy barriers of water dissociation (Volmer step) as well as subsequent hydrogen evolution (Heyrovsky step), thus enhancing the alkaline HER performance effectively. This work provides an effective approach to designing a high-performance HER electrocatalyst with the atomic-dimension Pt surface modification.
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