Nano Energy：Ru生长诱导构建Ru−O−Cu中心，实现碱性条件下高效析氢

电化学水分解产氢被认为是储存可再生能源和生产清洁能源的一种有效方法。碱性水电解槽具有电极稳健、寿命长、电解槽结构廉价，以及可以避免严重的酸性腐蚀等优点，通常用于工业制氢。尽管铂和铂合金被确定为基准的析氢反应(HER)催化剂，但它们的高价格和非酸性介质中的不稳定性严重阻碍了它们的广泛应用。因此，迫切需要设计和开发低剂量贵金属高效催化剂。

基于此，中国矿业大学Kong Xiangkai和中国科学技术大学陈昶乐等提出了一个两步退火策略将Ru团簇分散到CuO载体上(Ru-CuO-SA)，以实现低的Ru负载量。

具体而言，在相对较低的温度下Ru纳米晶在Cu₂O中间体的协助下形成，导致界面上形成强的Ru−O−Cu键结构；随后，通过在较高温度退火过程中形成可溶性K₂RuO₃，去除外表面的部分Ru原子，以最大限度地暴露Ru−O−Cu中心。同时，在CuO载体上产生了与晶格畸变有关的富氧空位，提高了表面的亲氧性。

此外，Ru−O−Cu中心增强了CuO和Ru之间的电子耦合，促进了水的吸附、降低了水分解的能垒，同时也削弱了氢的结合，使H₂更容易解吸。

因此，在1.0 M KOH溶液中，所制备的Ru-CuO-SA催化剂在10 mA cm⁻²电流密度下的过电位低至12.9 mV，Tafel斜率为27.9 mV dec⁻¹和周转频率为3.034 H₂ s⁻¹，超过大多数报道的Ru基材料和商业Pt/C催化剂。

此外，利用Ru-CuO-SA组装的阴离子交换膜(AEM)电解槽在1.65 V的电池电压下达到216 mA cm⁻²的电流密度，并且该电解槽还具有良好的长期稳定性，表明Ru-CuO-SA在水电解槽系统中的实际应用潜力。

Ru-O-Cu Center Constructed by Catalytic Growth of Ru for Efficient Hydrogen Evolution. Nano Energy, 2023. DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.108403

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