Janus Ru/RuO2 nano-boomerangs on carbon as pH-universal electrocatalysts with bifunctional activity toward the hydrogen/oxygen evolution reaction

双功能 催化作用 析氧 化学 杰纳斯 水溶液 碳纤维 电催化剂 无机化学 电化学 化学工程 材料科学 纳米技术 有机化学 电极 物理化学 复合材料 工程类 复合数
作者
Jeng‐Lung Chen,Sheng-Yuan Feng,Chih-Jung Lu,Jing‐Fang Huang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:468: 143761-143761 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.143761
摘要

Efficient pH-universal overall water-splitting electrocatalysts are critical for reducing energy consumption and simplifying cell design; however, challenges remain. In this study, we report a scalable method for the preparation of new carbon-supported Ru/RuO2 nano-boomerangs (Ru/RuO2NB/C). The Ru/RuO2NB with a novel Janus nanostructure exposes both Ru and RuO2 active sites independently on the two arms of the nano-boomerangs without inhibiting their activities. Herein, for the first time, it is demonstrated that carbon promotes the reduction of RuO2 to Ru at relatively low temperatures (∼300 °C) without any other reductants. A new facile process was developed for the preparation of well-dispersed RuO2 nanorods on carbon supports (RuO2NR/C), which were then converted to a Ru/RuO2NB Janus nanostructure. The synthesized Ru/RuO2NB/C exhibits excellent bifunctional catalytic activity and robust stability toward the hydrogen/oxygen evolution reaction (HER/OER) in an aqueous solution over the whole pH range. The OER/HER metal mass activity (jm)/turnover frequency (TOF) of Ru/RuO2NB/C is five times higher than that of commercial RuO2/C in acidic, neutral, or alkaline aqueous solutions. In a wide pH range, the TOF and jm of Ru/RuO2NB/C are higher than those of most OER and HER electrocatalysts. The HER activity of Ru/RuO2NB/C surpassed that of Pt/C in an alkaline solution. The tannic acid (TA) fragment from TA modification of carbon produces the high thermal stability of Ru/RuO2NB/C catalysts.
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