设计析氢反应（HER）电催化剂以促进其缓慢的吸附动力学，是可持续电解水生产绿色氢气的关键。基于此，浙江大学侯阳教授，纽约州立大学布法罗分校武刚教授（共同通讯作者）等人报道了一种高性能Ru催化剂（NS-Ru@NiHO/Ni5P4），由具有相邻单原子Ru（Ru SAs）位点的原子层状Ru纳米团簇（Ru NCs）组成，该催化剂可以通过桥接Ru-H活化策略动力学加速HER。
为了研究Ru NCs和SAs在NS-Ru@NiHO/Ni5P4中协同效应的优点，本文通过DFT计算模拟了碱性介质中经典的Volmer-Heyrovsky/Tafel HER过程。计算结果表明，NS-Ru@NiHO/Ni5P4中的桥接Ru-H过渡态（SA-O-H-NC）的活化能垒明显低于其他可能的中间构型，这意味着水解离过程的桥接Ru-H在热力学上是更有利的。本文进一步比较了不同基本步骤的能垒，NS-Ru@NiHO/Ni5P4的Heyrovsky路径能垒较低，是更优势的反应路径。在上述分析的基础上，本文提出了NS-Ru@NiHO/Ni5P4的催化HER路径。水分子首先被吸附在Ru SAs附近，随后形成桥接Ru-H中间体（SA-O-H-NC）。随着水解离过程的发生，桥接的H原子被附近的原子层状Ru NCs锚定，OH-扩散到电解质中。同时，另一个水分子被Ru SAs吸附并通过NCs和SAs之间的协同作用解离。最后，H2分子形成并从NCs活性位点逸出。Kinetically Accelerating Elementary Steps via Bridged Ru-H State for the Hydrogen-Evolution in Anion-Exchange Membrane Electrolyzer. Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202212321.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202212321.
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