Boosting Alkaline Hydrogen Oxidation Activity of Ru Single‐Atom Through Promoting Hydroxyl Adsorption on Ru/WC1−x Interfaces

催化作用 材料科学 纳米颗粒 吸附 Atom(片上系统) 化学工程 无机化学 纳米技术 化学 物理化学 有机化学 计算机科学 工程类 嵌入式系统
作者
Jin‐Kyu Park,Honghui Kim,Seongbeen Kim,Seung Yeop Yi,Hwang-Ki Min,Dae-Eun Choi,Seonggyu Lee,Jihan Kim,Jinwoo Lee
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202308899
摘要

The sluggish kinetics of the hydrogen oxidation reaction (HOR) in alkaline conditions continue to pose a significant challenge for the practical implementation of anion-exchange membrane fuel cells. Developing single-atom catalysts can accelerate the pace of new HOR catalyst discovery for highly cost-effective and active HOR performance. However, single-atom catalysts (SACs) for the alkaline HOR have rarely been reported, and fundamental studies on the rational design of SACs are still required. Herein, the design of Ru SAC supported on the tungsten carbide (Ru SA/WC1-x ) via in situ high-temperature annealing strategy is reported. The resulting Ru SA/WC1-x catalyst exhibits remarkably enhanced HOR performance in alkaline media, a level of activity that can not be achieved with carbon-supported Ru SAC. Electrochemical results and density functional theory demonstrate that promoting the hydroxyl adsorption on Ru SA/WC1-x interfaces, which is derived from the low potential of zero charge of WC1-x support, has a significant effect on enhancing the HOR performance of SACs. This enhancement leads to 5.8 and 60.1 times higher Ru mass activity of Ru SA/WC1-x than Ru nanoparticles on carbon and Ru single-atom on N-doped carbon, respectively. This work provides new insights into the design of highly active SACs for alkaline HOR.
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