通訊作者：Hanjun Sun, Xinliang Feng通訊單位：南京師范大學(xué)，德累斯頓工業(yè)大學(xué)釕(Ru)由于其快速的水離解動力學(xué)，在理論上被認為是一種可行的堿性析氫反應(yīng)(HER)電催化劑。然而，它對吸附的羥基(OHad)的強親和力阻礙了活性位點，導(dǎo)致在實際的HER過程中性能令人不滿意。本文首次報道了通過原子電偶置換構(gòu)建碳載釕單原子摻雜的二氧化錫納米粒子(Ru SAs-SnO2/C)的競爭吸附策略。二氧化錫的引入，通過釕與二氧化錫對羥基的競爭吸附，調(diào)節(jié)了釕與羥基的強相互作用，減輕了釕位點的中毒。結(jié)果表明，Ru SAs-SnO2/C在10mA·cm-2(10mV)下表現(xiàn)出低超電勢和25mV·dec-1的低Tafel斜率。這種方法為調(diào)節(jié)活性中心和中間體的吸附強度提供了新的途徑，為開發(fā)高活性電催化劑鋪平了道路。在堿性條件下，電催化劑的HER性能取決于之前的水分解過程（Volmer步驟）和隨后的氫結(jié)合過程（Heyrovsky或Tafel步驟）。為了克服堿性HER過程中動力學(xué)緩慢的問題，大多數(shù)報道的堿性HER催化劑主要集中在優(yōu)化水的離解能和H的吸附能。然而，吸附羥基（OHad）對活性位點的影響卻很少受到關(guān)注。原則上，Volmer步驟（H2O+e-?Had+OH-）可分為 H2O?Had+OHad和OHad+e-?OH-。（Had：吸附的氫原子）。活性位點和OHad之間的強結(jié)合能抑制了Volmer反應(yīng)過程中的OHad轉(zhuǎn)移過程，并限制了其整體HER活性。因此，合理設(shè)計HER電催化劑以減輕活性位點與OHad之間的強吸附至關(guān)重要。本文展示了碳負載釕單原子摻雜的SnO2納米顆粒（Ru SAsSnO2/C）的合成，作為一種新的電催化劑來調(diào)節(jié)Ru和OHad之間的強相互作用。首次嘗試引入SnO2（一種親氧物種，具有優(yōu)異的OHad吸附能力），通過Ru和SnO2之間的OHad競爭吸附來減輕OHad在Ru位點的中毒。由于OHad優(yōu)先吸附在SnO2上，有效促進了OHad轉(zhuǎn)移過程和Ru活性位點的再生。結(jié)合密度泛函理論（DFT），我們的結(jié)果闡明了SnO2的引入降低了對Ru位點的OHad中毒效應(yīng)，克服了Volmer步驟中的效率損失。
圖 1Ru SAs-SnO2/C的合成方案
圖 2. (a) Ru SAs-SnO2/C的TEM照片。(b) Ru SAs-SnO2/C的HRTEM圖像。(c) Ru SAs-SnO2/C的低分辨率HAADF-STEM圖像，以及(d)Ru、(e)Sn和(f)Ru+Sn的相關(guān)EDX元素映射圖像。(g) Ru SAs-SnO2/C 的原子分辨率HAADF-STEM圖像，Ru原子（用紅色圓圈標記）均勻分布在納米顆粒中。
圖 3 (a) Ru SAs-SnO2/C、Ru箔和RuO2的 Ru k邊XANES 光譜。(b)分別對Ru SA
