Ru-O-Cu center constructed by catalytic growth of Ru for efficient hydrogen evolution

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作者
Jie Xu,Changle Chen,Xiangkai Kong
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:111: 108403-108403 被引量:65
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108403
摘要

Ru has been demonstrated as one of the most potential catalysts for hydrogen evolution reaction because of its high activity and low price. The efficient Ru-based catalysts are normally achieved through controlled alloying, structure design, phase exploration, and carbon support modulation strategies. Herein, a stepped annealing approach is employed for Ru active site building. Under the auxiliary reduction of Cu2O intermediate, Ru nanocrystals are in-situ formed on CuO surface during the first stage of low-temperature annealing, generating strong interaction at the interface. In the second annealing stage at a higher temperature, the majority of Ru nanocrystals are removed by forming soluble K2RuO3, leaving rich Ru-O-Cu centers and oxygen vacancies exposed. The resulted sample (Ru-CuO-SA) presents an overpotential= 12.9 mV to reach 10 mA cm−2 current density, Tafel slope= 27.9 mV decade−1 and turnover frequency= 3.034 H2 s−1, exceeding most reported Ru-based materials and commercial Pt/C catalyst. Combined experiments and simulations disclose the creation of Ru-O-Cu bond reinforces surface oxophilicity to promote water adsorption and dissociation (Volmer step), and simultaneously provides a moderate hydrogen binding to accelerate the hydrogen desorption procedure (Tafel step). As such, the stepped annealed Ru-CuO-SA catalyst exhibits booted hydrogen production efficiency from alkaline electrolyte, neutral freshwater, and lake water.
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