华科李箐Small: 过电位仅为22 mV! 富突出Cu@NiRu NTs用于高效电催化碱性HER

电催化水分解被认为是一种高效且可持续的高纯度氢气生产方法。对于阴极上的HER，Pt基催化剂是目前最好的析氢催化剂，但由于Pt的高成本和低丰度，其大规模应用受到严格限制，这使得提高。为此，开发一种在碱性介质中性能优良、稳定性高和成本相对较低的HER催化剂势在必行。

近日，华中科技大学李箐课题组通过简便的湿化学方法合成富含突起的Cu@NiRu核壳纳米管(NTs)，以增强碱性溶液中的电催化析氢反应。

一维核壳纳米管可以通过使用部分牺牲的Cu纳米线(NWs)作为模板，然后在表面上合金化还原的Ni和Ru来获得。空心Cu NTs以及刺状突起表面可以增强反应物的转移，并且可以通过调整壳中的Ru/Ni比来进一步优化催化剂的表面电子结构，以实现更好的HER活性。

优化后的Cu@NiRu NTs/C催化剂表现出出色的活性，在10 mA cm^-2电流密度下的HER过电位低仅为22 mV，这明显优于大多数报道的基于Ru的碱性HER催化剂。更重要的是，由于空心Cu NTs可以防止RuNi合金壳的聚集，优化的Cu@NiRu NTs/C在5000次循环测试后显示出极好的稳定性，过电位几乎没有变化。

实验和密度泛函理论(DFT)计算表明，Cu@Ru (0001)的氢吸附自由能小于Cu@NiRu (0001)，这表明对于Cu@NiRu NTs，Ru和Ni之间的协同作用是提高HER的重要因素。此外，Ni 3d带中心的下移促进了H在Ru位点上的结合减弱；Cu d带的明显位移带表明Cu起到为壳层提供丰富电子的作用，可以稳定RuNi合金壳层，促进核壳之间的电荷转移。因此，Cu@NiRu NTs 的高活性可归因于适当的表面和核壳结构，以及Ru和Ni之间的协同效应以及相应优化的电子结构。

Protrusion-Rich Cu@NiRu Core@shell Nanotubes for Efficient Alkaline Hydrogen Evolution Electrocatalysis. Small, 2022. DOI: 10.1002/smll.202202496