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Unveiling the Role of Single Atomic Ruthenium Decorated Cactus‐Like Bimetallic Phosphides for Alkaline Water Electrolysis

双金属片 材料科学 电解 分解水 仙人掌 碱性水电解 无机化学 化学工程 纳米技术 催化作用 冶金 物理化学 金属 化学 有机化学 电解质 电极 生物 工程类 光催化 植物
作者
Jinchen Fan,Jinshan Xia,Hui Wang,Hong Li,Yinghao Tao,Guangqiang Wang,Weiju Hao,Qingyuan Bi,Guisheng Li,Xuesong Shen,Lianzhong Ai
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (33) 被引量:38
标识
DOI:10.1002/aenm.202501995
摘要

Abstract High‐performance water‐splitting electrocatalysts are pivotal for green hydrogen production. The bimetallic phosphide (NiCoP), as a promising candidate for alkaline water electrolysis, still faces challenges including sluggish reaction kinetics and instability. Herein, Ru single atoms (SAs) are anchored on cactus‐like NiCoP‐coated Ni foam (Ru SAs@NiCoP/NF) as a robust bifunctional catalyst for alkaline water electrolysis. Atomic dispersion of Ru via P‐rich coordination induces electron redistribution, optimizing d‐band centers of Ni/Co sites to reduce energy barriers for water dissociation and O 2 desorption. For the hydrogen evolution reaction (HER), Ru synergistically enhances water activation and optimizes the HER process, yielding ultralow overpotentials of 8 and 240 mV at current densities of 10 and 500 mA cm −2 . For the oxygen evolution reaction (OER), Ru promotes phosphorus leaching and surface reconstruction, adjusting the adsorption–desorption of intermediates in the lattice oxygen mechanism, achieving 375 mV overpotential at 1.0 A cm −2 . Remarkably, the anion exchange membrane water electrolyzer using the Ru SAs@NiCoP/NF bifunctional catalysts carries only a cell voltage of 1.76 V at 0.5 A cm −2 at 80 °C for overall water splitting and long‐term stability. This work reveals the critical role of single atom‐supports synergy in optimizing the electronic structure and enhancing the electrocatalytic performances for high‐current‐density water electrolysis catalysts.
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