第一作者：Qirui Liang

通讯作者：孔彪

通讯单位：复旦大学

研究内容：

通过水分解的析氢反应（HER）是实现氢气可持续生产的潜在技术，但水分解缓慢和昂贵的铂基催化剂阻碍了其发展。该研究提出了一种捕获键合策略，以实现表面富集的Ru纳米团簇在植酸改性的氮掺杂碳骨架（表示为NCPO-Ru NCs）上的超级组装。修饰后的骨架对金属阳离子具有高亲和力，可以捕获大量的Ru离子。被捕获的Ru离子主要分布在骨架表面，在50℃时可以在空位和磷酸基团的协同作用下形成Ru纳米团簇。通过调节植酸的含量，可以获得分布和密度可调的表面富集Ru纳米团簇。受益于活性位点的充分暴露和超小Ru纳米团簇的密集分布，所获得的NCPO-Ru NCs催化剂可以有效地驱动碱性电解质中的HER，其活性（在50 mV的过电位下）分别高出为商业Ru/C和Pt/C催化剂约14.3和9.6倍。此外，通过水分解太阳能制氢的出色性能为NCPORu NC的广泛应用提供了更大的灵活性。

要点一：

该研究提出了一种捕获键合策略，以实现表面富集的Ru纳米团簇在PA改性的氮掺杂碳骨架上的超级组装。PA修饰的框架对金属阳离子具有高亲和力，可以捕获大量的Ru离子。被捕获的Ru离子主要分布在骨架表面，在50℃时可以在空位和磷酸基团的协同作用下形成Ru纳米团簇。另外，通过调节PA的含量，可以获得分布和密度可调的表面富集Ru纳米团簇。

要点二：

得益于活性位点的充分暴露和超小Ru纳米团簇的密集分布，所获得的NCPO-Ru NCs催化剂可以在碱性电解液中有效地驱动HER，其活性分别为商业Ru/C和Pt/C催化剂的14.3和9.6倍。通过水分解太阳能制氢的出色性能为NCPO-Ru NCs的广泛应用提供了更大的灵活性。

图1：表面富集钌纳米团簇在水中超组装的捕获键合策略示意图。

图2：(a) 从ZIF-8到NCPO-Ru NCs的合成过程的二维草图。(b) ZIF-8、(c) NC、(d) NCPO 和 (e) NCPO-Ru NCs的SEM、TEM和相应的EDX元素映射图像。

图4：样品的XPS调查模式比较，(a) P 2p，(b) O 1s，(c) C 1s + Ru 3d，和 (d) Ru 3p。(e) 来自相位未校正 EXAFS 的傅立叶变换的 R 空间光谱，(f) Ru K边缘光谱，和 (g) NCPO-Ru NC 的EXAFS拟合曲线。(h) NCPO-Ru NC、Ru₁/NC、Ru箔和RuO₂的k³加权Ru K边EXAFS信号的小波变换。

参考文献

Qirui Liang, Qizhen Li, Lei Xie, Hui Zeng, Shan Zhou, Yanan Huang, Miao Yan, Xin Zhang, Tianyi Liu, Jie Zeng, Kang Liang, Osamu Terasaki, Dongyuan Zhao, Lei Jiang, and Biao Kong*. Superassembly of Surface-Enriched Ru Nanoclusters from Trapping-Bonding Strategy for Efficient Hydrogen Evolution. ACS Nano. 2022. https://doi.org/10.1021/acsnano.2c00901