西北大学/深职大Adv. Sci.: 1+1>2! Ru-W对中Ru和W位点协同促进电化学水分解制氢

可再生电力驱动的电解水技术为生产绿色氢气提供了一种成本效益高且简便的方法，被认为是实现未来碳中和的关键。在酸性电解液中进行析氢反应(HER)需要使用贵金属基阳极催化剂和昂贵的质子交换膜，这限制了酸性HER的大规模应用。因此，碱性析氢反应引起了人们的广泛关注。近年来，Pt基材料是高效析氢的基准材料，但其稀缺性限制了其实际应用。Ru作为Pt族金属之一，在高效析氢催化剂的开发方面具有潜在的应用价值。

然而，氢和羟基物种在Ru物种上的强吸附阻碍了进一步的水解离、氢解吸和结合过程，严重影响了HER活性。因此，迫切需要选择性地调控Ru的电子结构来微调氢和羟基物种的吸附和脱附能力以实现高效电催化碱性HER。

基于此，西北大学屈云腾、冷坤岳和深圳职业技术大学李晓琳等采用晶格限域策略，通过阳离子交换构建了具有Ru-W对的Ru单原子掺杂WO₂纳米颗粒(Ru-W/WO₂-800)。

结果表明，Ru-W/WO₂-800表现出优异的HER性能，其在碱性条件下达到10 mA cm⁻²电流密度时的过电位仅为11 mV，Tafel斜率为31.3 mV dec⁻¹，以及在50 mV处的质量活性高达5863 mA mg_Ru⁻¹。同时，该催化剂在250 mA cm⁻²电流密度下连续运行500小时而没有发生明显的活性衰减，并且反应后材料的结构未发生变化，证明其具有优异的稳定性。

实验结果和理论计算表明，Ru-W/WO₂-800中的Ru位点的E_absOH高于Ru₁/WO₂-800中的Ru位点和Ru SAC中的Ru位点，表明Ru-W对的存在减弱了Ru-OH相互作用。同时，Ru-W/WO₂-800中W位上和WO₂-800中W位上的W-OH之间的强相互作用进一步证明了Ru-W/WO₂-800中Ru-W双原子位点上OH吸附的优化。

此外，Ru-W/WO₂-800还具有优越的水解离能，其中*H吸附在Ru位点，*OH吸附在W位点。因此，键合在WO₂晶格中的Ru-W对位点为Ru-W/WO₂-800催化HER提供了优势：1.快速的OH转移性能；2.优越的水解能力；3.优化的氢吸附能，W位点和Ru位点协同促进了HER活性。

Ru–W Pair Sites Enabling the Ensemble Catalysis for Efficient Hydrogen Evolution. Advanced Science, 2023. DOI: 10.1002/advs.202303110