Hydroxyl‐Binding Induced Hydrogen Bond Network Connectivity on Ru‐based Catalysts for Efficient Alkaline Hydrogen Oxidation Electrocatalysis

电催化剂 催化作用 化学 氢键 光化学 无机化学 电化学 有机化学 分子 物理化学 电极
作者
Jianchao Yue,Yunbo Li,Chaoyi Yang,Wei Luo
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:137 (3) 被引量:11
标识
DOI:10.1002/ange.202415447
摘要

Abstract Understanding the role of adsorbed intermediates at the polarized catalyst‐electrolyte interface on the structure of electrical double layer (EDL) is essential for developing highly efficient electrocatalysts. Here, we prepared a series of unconventional face‐centered‐cubic ( fcc ) phase Ru‐based catalysts (i.e. fcc ‐Ru, fcc ‐RuCr, and fcc ‐RuCrW) by rational tuning the binding energetics of hydroxyl intermediate to engineer the electrochemical interface and boost the performance of alkaline hydrogen oxidation reaction (HOR). The introduction of oxyphilic metals Cr and W can regulate the orbital occupation of Ru, promote the adsorption of hydroxyl species, resulting in an anomalous behavior that HOR performance under alkaline media exceeds acidic media. Experimental results and theoretical calculations unravel that the modulated adsorption of hydroxyl species on the electrode surface are responsible for the reconstruction of interfacial water structure and dynamic evolution of free water molecules from nearest to the electrode surface to above the gap region in the EDL, thereby leading to significantly increased water connectivity and hydrogen bond network. Our work reveals a new understanding of the surface intermediates in controlling the dynamic process of interfacial water and hydrogen bonding network in HOR electrocatalysis, and will guide rational design of advanced electrocatalysts through electrochemical interfacial engineering.
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