科研人员研究发现催化剂中Ru主要以单原子RuN4结构以及Ru纳米团簇的形式存在,二者之间存在电子转移现象。密度泛函理论计算结果表明,Ru纳米团簇和Ru单原子之间的强电子耦合效应不仅加速了水的解离过程,而且优化了金属对H*的吸附强度,从而提高了催化析氢活性。此外,该催化剂的分等级多孔结构可以加速反应物到活性位点的传输,并及时释放生成的氢气。得益于独特的分等级多孔结构和强电子耦合效应,所开发的催化剂在碱性和酸性条件下表现出优异的电催化析氢性能,并能够在低过电位下实现工业化水平的大电流密度(> 500 mA cm-2)。此外,本工作也探究催化剂实际工业化的应用前景,所开发的NMC-RuSA+NC催化剂具有比商业Pt/C催化剂更高的质量活性和更低的制氢成本,展示了其在工业电解水制氢中的应用潜力,为高通量低成本析氢电催化剂的设计提供了新的见解和思路。
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