Hydrogen Spillover‐Bridged Interfacial Water Activation of WC x and Hydrogen Recombination of Ru as Dual Active Sites for Accelerating Electrocatalytic Hydrogen Evolution

过电位 催化作用 氢溢流 电催化剂 电化学 材料科学 分解水 铂金 制氢 离解(化学) 无机化学 化学 物理化学 电极 光催化 有机化学 冶金
作者
Jiamin Zhao,Jiamin Zhao,Meimei Kou,Qing Yuan,Ying Yuan,Jinsheng Zhao,Jinsheng Zhao
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (1): e2406022-e2406022 被引量:12
标识
DOI:10.1002/smll.202406022
摘要

Abstract Tungsten carbide (WC x ) is a promising alternative to platinum catalysts for hydrogen evolution reaction (HER). However, strong tungsten–hydrogen bond hinders hydrogen desorption while favoring H + reduction, thus limiting HER kinetics. Inspired by the phenomenon of hydrogen spillover in heterogeneous catalysis, a ruthenium (Ru) doped‐driven activated hydrogen migration from WC x surface to Ru is reported. This approach achieved high activity with an ultralow overpotential of 9.0 mV at 10 mA·cm −2 and superior stability at an industrial‐grade current density of 1.0 A·cm −2 @ 1.65 V. In situ attenuated total reflectance surface‐enhanced infrared absorption spectroscopy (ATR‐SEIRAS) and operando electrochemical impedance spectra revealed that this exceptional hydrogen production—which surpasses that of previously reported Pt/C catalysts—is attributable to the outstanding ability of WC x to induce water dissociation and hydrogen spillover from WC x to Ru surface. During the HER process, the rigid interfacial water network negatively affected the HER efficiency under alkaline conditions. The WC x sites disrupted this rigid structure, facilitating the contact between activated hydrogen (H * ) and WC x sites. Subsequently, H * migrates to Ru surface, where hydrogen recombination occurs to produce H 2 . This work paves a new avenue for the construction of coupled catalysts at the atomic scale to facilitate HER electrocatalysis.
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