The synergistic effect of Hf-O-Ru bonds and oxygen vacancies in Ru/HfO2 for enhanced hydrogen evolution

催化作用 氧气 材料科学 析氧 氢键 化学物理 结晶学 化学 物理化学 分子 电化学 有机化学 电极 生物化学
作者
Guangkai Li,Haeseong Jang,Shangguo Liu,Zijian Li,Min Gyu Kim,Qing Qin,Xien Liu,Jaephil Cho
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:185
标识
DOI:10.1038/s41467-022-28947-9
摘要

Ru nanoparticles have been demonstrated to be highly active electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction (HER). At present, most of Ru nanoparticles-based HER electrocatalysts with high activity are supported by heteroatom-doped carbon substrates. Few metal oxides with large band gap (more than 5 eV) as the substrates of Ru nanoparticles are employed for the HER. By using large band gap metal oxides substrates, we can distinguish the contribution of Ru nanoparticles from the substrates. Here, a highly efficient Ru/HfO2 composite is developed by tuning numbers of Ru-O-Hf bonds and oxygen vacancies, resulting in a 20-fold enhancement in mass activity over commercial Pt/C in an alkaline medium. Density functional theory (DFT) calculations reveal that strong metal-support interaction via Ru-O-Hf bonds and the oxygen vacancies in the supported Ru samples synergistically lower the energy barrier for water dissociation to improve catalytic activities.
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