釕(Ru)具有比鉑(Pt)更高的儲(chǔ)量和中等的氫結(jié)合能，在HER電催化方面是一種很有前途的催化劑。與單金屬Ru催化劑相比，Ru基雙金屬催化劑的相工程研究具有很大的挑戰(zhàn)性。與外源金屬合金化可以調(diào)節(jié)主體貴金屬的電子結(jié)構(gòu)，改善相應(yīng)的電催化性能，這種方法已被證明在優(yōu)化各種電催化過程中廣泛有效。
然而，金屬離子之間的不同還原速率對(duì)精確控制RuM (M=Cu、Pt和Ir等)晶相帶來不可避免的挑戰(zhàn)。因此，RuM雙金屬催化劑的相調(diào)節(jié)顯示出很大的潛力，進(jìn)一步研究Ru基雙金屬催化劑的晶相工程具有重要意義。近日，鄭州大學(xué)郭海中和高晗等受納米材料相工程的啟發(fā)，開發(fā)了一種面心立方(fcc)晶體相RuNi (NPs) (fcc-RuNi)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在堿性條件下，fcc-RuNi催化劑僅需16 mV的HER過電位就能達(dá)到10 mA cm?2的電流密度，Tafel斜率為38 mV dec?1，性能優(yōu)于f/h-RuNi (40 mV，51 mV dec?1)、Pt/C (36 mV，49 mV dec?1)和Ru/C(49 mV，57 mV dec?1)催化劑。此外，fcc-RuNi在10 mA cm?2電流密度下連續(xù)運(yùn)行20小時(shí)沒有發(fā)生明顯的活性衰減，且反應(yīng)后材料的形貌和結(jié)構(gòu)仍保持良好，顯示出優(yōu)異的反應(yīng)穩(wěn)定性。結(jié)合實(shí)驗(yàn)表征和理論計(jì)算，證實(shí)了相工程、Ru-Ni合金化和結(jié)構(gòu)調(diào)制協(xié)同提升HER電催化性能。具體而言，fcc-RuNi催化劑的富Ru殼層包圍富Ni核心核殼結(jié)構(gòu)的自發(fā)形成增加Ru的表面暴露，有利于HER反應(yīng)的活化，促進(jìn)了Ru的利用；其次，由于Ni的晶格比Ru小，壓縮Ru殼層可以優(yōu)化中間體的吸附/解吸，進(jìn)而加速HER反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。總的來說，該項(xiàng)研究在晶相工程的基礎(chǔ)上，提出了一種合理設(shè)計(jì)和合成納米催化劑的新方法，為電催化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展鋪平了道路。Ruthenium–nickel nanoparticles with unconventional face-centered cubic crystal phase for highly active electrocatalytic hydrogen evolution. Advanced Functional Materials, 2024. DOI: 10.1002/adfm.202406259
