設(shè)計和制造高效、低成本、大電流輸出的適用于工業(yè)制氫的電催化劑是當(dāng)前水電解技術(shù)的發(fā)展趨勢。
基于此，陜西科技大學(xué)馮永強副教授，黃劍鋒教授，曹麗云教授（共同通訊作者）等人利用3D晶體富勒烯網(wǎng)絡(luò)（CFN）的晶格限域原位還原效應(yīng)，通過溶劑熱裂解過程捕獲Ru納米顆粒（NP）和單原子（SA）。優(yōu)化后的產(chǎn)物（RuNP-RuSA@CFN-800）對堿性析氫反應(yīng)具有良好的電催化性能。作者分別構(gòu)建了RuNP-RuSA@CFN, RuSA@CFN, and RuNP@CFN三種催化劑模型。從動力學(xué)的角度計算了RuNP-RuSA@CFN的水解離步驟的過渡態(tài)能壘為0.36 eV，遠(yuǎn)低于RuSA@CFN（0.57 eV）和RuNP@CFN（0.85 eV）。因此，RuNP-RuSA@CFN應(yīng)該是這三種結(jié)構(gòu)中最好的HER電催化劑。電荷密度差分圖表明，對于RuNP-RuSA@CFN來說，電子明顯從H上耗盡，主要聚集在相鄰的Ru原子上，表明在NP的協(xié)助下形成了弱的O-H鍵，這可以促進(jìn)水的解離過程。此外，與RuSA@CFN（-1.40 eV）和RuNP@CFN（-1.50 eV）相比，吸附了水的RuNP-RuSA@CFN的態(tài)密度（DOS）具有較高的d帶中心（-1.33 eV）。d帶中心越接近費米能級，說明對水的吸附能力越強，對水的解離越有利。總之，RuNP-RuSA@CFN中Ru NP和SA之間的協(xié)同作用從熱力學(xué)和動力學(xué)的角度降低了反應(yīng)能量，這是堿性HER活性增強的根源。Fullerene Lattice-Confined Ru Nanoparticles and Single Atoms Synergistically Boost Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction. Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202213058.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202213058.
