Ruthenium Triazine Composite: A Good Match for Increasing Hydrogen Evolution Activity through Contact Electrification

过电位 钌 材料科学 分解水 复合数 电催化剂 离解(化学) 氢 无机化学 化学工程 复合材料 电化学 物理化学 催化作用 电极 有机化学 工程类 光催化 化学
作者
Qiangjian Ju,Ruguang Ma,Yu Pei,Beibei Guo,Zichuang Li,Qian Liu,Tiju Thomas,Minghui Yang,Graham J. Hutchings,Jiacheng Wang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (21) 被引量:63
标识
DOI:10.1002/aenm.202000067
摘要

Abstract The development of Pt‐free catalysts for the alkaline hydrogen evolution reaction (HER), which is widely used in industrial scale water‐alkali electrolyzers, remains a contemporary and pressing challenge. Ruthenium (Ru) has excellent water‐dissociation abilities and could be an alternative water splitting catalyst. However, its large hydrogen binding energy limits HER activity. Here, a new approach is proposed to boost the HER activity of Ru through uniform loading of Ru nanoparticles on triazine‐ring (C 3 N 3 )‐doped carbon (triNC). The composite (Ru/triNC) exhibits outstanding HER activity with an ultralow overpotential of ≈2 mV at 10 mA cm −2 ; thereby making it the best performing electrocatalyst hitherto reported for alkaline HER. The calculated metal mass activity of Ru/triNC is >10 and 15 times higher than that of Pt/C and Pt/triNC. Both theoretical and experimental studies reveal that the triazine‐ring is a good match for Ru to weaken the hydrogen binding on Ru through interfacial charge transfer via increased contact electrification. Therefore, Ru/triNC can provide the optimal hydrogen adsorption free energy (approaching zero), while maintaining the strong water‐dissociation activity. This study provides a new avenue for designing highly efficient and stable electrocatalysts for water splitting.
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