Transient Electro‐Graphitization of MOFs Affecting the Crystallization of Ruthenium Nanoclusters for Highly Efficient Hydrogen Evolution

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作者
Golam Masud Karim,Amalika Patra,Sujit Kumar Deb,Hemanta Upadhya,Snehasish Das,P. Mukherjee,Waleed Ahmad,Narad Barman,Ranjit Thapa,Neha V. Dambhare,Arup K. Rath,Jaysri Das,Uttam Manna,Rajashri Urkude,Youngtak Oh,Uday Narayan Maiti
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (32) 被引量:14
标识
DOI:10.1002/adfm.202315460
摘要

Abstract Fine control over the graphitization level of carbonized nanostructures can play a strategic role in tuning the crystallization of supported nanocatalysts, thereby modulating the kinetics of catalysis. However, realizing the synergistic interplay of graphitization‐tunable support and supported catalysts poses a significant challenge. This study proposes a current pulse‐induced ultrafast strategy for developing MOF‐derived graphitic nano‐leaves (GNL) and supported ultrafine ruthenium nanoclusters exhibiting selective crystallization states depending on the tunable graphitization level of GNL. The resulting ultrafine (≈0.7 nm) amorphous‐ruthenium nanoclusters linked with GNL (a‐Ru@GNL 500 ) exhibit state‐of‐the‐art performance in the hydrogen evolution reaction (HER), requiring very low overpotentials of only 23.0 and 285.0 mV to achieve current densities of 10 and 500 mA cm −2 , respectively. Furthermore, a‐Ru@GNL 500 demonstrates exceptional operational stability for 100 h under high HER currents of 200 and 400 mA cm −2 . Density functional theory reveals that the unique electronic structure of a‐Ru and the cooperative effect of cobalt embedded in the graphitic layer lower the occupancy of the antibonding orbital, resulting in an accelerated HER process. Additionally, the unique electronic structure, highly conducting GNL, and efficient bubble release dynamics of super‐aerophobic a‐Ru@GNL 500 contribute to reduced overpotentials, particularly at high HER current densities.
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