​西交AFM：界面Ru-O-Mo键强化界面氢溢出，实现高效稳定pH通用析氢

电催化水分解(EWS)为降低化石燃料需求和可持续的氢气生产提供了有效的途径。在阴极析氢反应(HER)中，铂族金属(PGMs)具有高活性和良好的氢吸附能(∆G_H*)，但其高昂的价格和稀缺性限制了大规模应用。

为克服上述挑战，人们将PGMs纳米颗粒(NPs)固定在载体上，通过这种方法，PGM活性位点可以暴露更多。基于金属-载体相互作用，氢溢出(HSo)现象被提出作为一种进一步提高HER活性的新兴策略。

HSo过程涉及界面H从金属(∆G_H*<0)迁移到载体(∆G_H*>0)，加速氢在载体位点的解吸。同时，适当的金属和载体的E_f值可以有效地减少界面电荷积累，从而对界面HSo有很大的促进作用。

然而，这种HSo-HER方式总是限于富含质子的酸性条件，而理想的HER催化剂应该在很宽的pH范围内运行良好，以适应不可避免的质子变化。

基于此，西安交通大学戴正飞课题组开发出一个Ru/MoO₂异质结构来研究其电子/物质转移和pH通用HER。该催化剂通过桥接界面Ru-O-Mo键来调控固定在MoO₂载体上Ru纳米粒子的电子结构，以提高HER活性。

具体而言，MoO₂作为一种稳定的催化载体，不仅可以提供更多的活性位点，而且可以通过界面Ru-O-Mo键促进电荷传输。同时，得益于形成的界面Ru-O-Mo键，Ru-Ru键长缩短，增强与自由电子的结合，激活表面质子吸附。

电化学性能测试结果显示，在10 mA cm^-2电流密度下，Ru/MoO₂@NCF催化剂在1.0 M KOH、0.5 M H₂SO₄和1.0 M PBS溶液中的HER过电位分别为9.2、42和70 mV，表现出类Pt的活性。此外，该催化剂在宽pH值范围内还表现出优异的耐久性和接近100%的法拉第效率。

密度泛函理论(DFT)结果进一步表明，界面Ru-O-Mo键可以优化H₂O吸附反应动力学，调节Ru和Mo位点的d带中心，降低HER反应能垒。同时，Ru/MoO₂异质界面能够促进H从Ru位点向MoO₂的溢出，从而加速氢的释放，提高HER活性。总的来说，该项工作为通过界面氢溢出和金属键工程合理设计高效稳定的HER电催化剂提供了指导。

Intensifying the supported ruthenium metallic bond to boost the interfacial hydrogen spillover toward pH-universal hydrogen evolution catalysis. Advanced Functional Materials, 2024. DOI: 10.1002/adfm.202401452