2D MOF Structure Tuning Atomic Ru Sites for Efficient and Robust Proton Exchange Membrane Water Electrolysis

过电位 纳米片 催化作用 材料科学 分解水 化学工程 电子转移 吸附 电解水 电解 纳米技术 化学 电化学 物理化学 电极 光催化 生物化学 电解质 工程类
作者
Jia Wang,De Wang,Zelin Zhao,Ganggang Chang,Wei Guo,Jun Xu,Yinyu Xiang,Junrui Li,Junrui Li,Junsheng Li,Junsheng Li
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (4): e2410657-e2410657 被引量:6
标识
DOI:10.1002/smll.202410657
摘要

Abstract Developing cost‐effective ruthenium (Ru)‐based HER electrocatalysts as alternatives to commercial Pt/C is crucial for the advancement of proton exchange membrane water electrolysis (PEMWE). However, the strong hydrogen adsorption of Ru‐based catalysts restricts its activity. Herein, a strategy is reported to tune the electronic structure and improve mass transfer by implanting Ru atoms onto the (002) facet of two‐dimensional zeolitic imidazolate framework‐67 (Ru@ L ZIF (002) ) to optimize the d ‐band center ( ε d ) of Ru and the hydrogen spillover behavior. Benefiting from the ultrathin nanosheet structure and optimized ε d of Ru, the over‐strong H adsorption energy is weakened and the electron/mass transfer is facilitated. Ru@ L ZIF (002) exhibits an overpotential of 9.2 mV at 10 mA cm −2 and a long‐lasting stability of 35 days at 100 mA cm −2 . The mass activity and price activity of Ru@ L ZIF (002) is 2.9 and 14.7 times higher than Pt/C, respectively. More impressively, Ru@ L ZIF (002) delivers a cell voltage of 2.01 V at a high current density of 4 A cm −2 in PEMWE. The excellent long‐term durability of 1200 hours operating at 4 A cm −2 with an ultralow decay rate of 7.5 × 10 −3 mV h −1 has been achieved, making it promising as a cost‐effective alternative to Pt/C catalyst for PEMWE applications.
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