Dual‐Type Ru Atomic Sites for Efficient Alkaline Overall Water Splitting

材料科学 析氧 分解水 过电位 密度泛函理论 物理化学 计算化学 催化作用 电化学 光催化 电极 生物化学 化学
作者
Peng Wang,Ke Wang,Yunjie Liu,Huifang Li,Yun Guo,Yu Tian,Shan Guo,Mingchuan Luo,Yan He,Zhiming Liu,Shaojun Guo
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (36) 被引量:25
标识
DOI:10.1002/adfm.202316709
摘要

Abstract Monotypic catalytic site for bifunctional hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) at low overpotential is a grand challenge in alkaline water splitting. Herein, a new strategy of dual‐type atomic site‐support interaction is reported, in which ruthenium heteroatoms are in situ implanted into both the N‐C nanosheet matrix (Ru 1 ‐N‐C) and supported Co 2 P nanoparticle lattice (Ru 2 ‐P‐Co) for boosting alkaline water splitting. It is found that the Ru 1 ‐N‐C and Ru 2 ‐P‐Co can give rise to a synergistic effect for boosting HER and OER catalysis. Density functional theory calculations disclose that for HER, the Ru‐functionalized Co sites in Co 2 P assume the task of expediting H 2 O adsorption‐dissociation, and the adjacent coordination unsaturated Ru 1 ‐N‐C sites can facilitate the following H 2 desorption kinetic. The study found that the hydrogen spillover mechanism contributes to an ultralow HER polarization of 69 mV at 10 mA cm −2 . While for OER, due to electronegativity discrepancies, the doped Ru within Co 2 P triggers electronic coupling, thereby efficiently tuning Ru d ‐band center. This grants its electronic characteristic preferred for modulating rate‐determining step of OER to reduce the corresponding energy barrier, leading to superior OER catalytic activity . This work offers new understandings into catalyzing different reactions with multiple intermediate adsorptions by different atomic site‐support interplays.
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