吴宇恩/余振强Angew.：提高72倍！RuBi SAA/Bi@OG助力HER

钌（Ru）纳米颗粒表面电荷重分布，对电催化析氢反应（HER）活性有显著影响。基于此，中国科学技术大学吴宇恩教授和深圳大学余振强副教授（共同通讯作者）等人报道了通过一步热解法成功制备了双原子调谐RuBi SAA/Bi@OG纳米结，其以Bi-O单点掺杂石墨烯支撑RuBi单原子合金纳米颗粒。测试发现，RuBi SAA/Bi@OG表现出优异的碱性HER活性。在过电位为150 mV时，其质量活度可达65000 mA mg^-1，是商用Pt/C的72.2倍。

通过DFT计算，作者研究了RuBi SAA/Bi@OG在碱性介质中增强的HER性能。通过Bader电荷分析发现，约2.19个电子从Ru₁₃转移到O掺杂石墨烯载体上，但在石墨烯载体上引入Bi-O单位后，约1.28个电子从Ru₁₃转移到周围的石墨烯载体上。进一步用Bi单原子取代Ru₁₃团簇中的一个Ru原子，转移电子进一步减少到0.95。因此，Ru纳米颗粒在Ru₁₃/O₆G、Ru₁₃/Bi₁@O₆G和Ru₁₂Bi₁/Bi₁@O₆G纳米结中的电荷分布明显不同。

通过DFT计算，确了认Ru为活性区。随着Bi单原子依次引入到O掺杂石墨烯载体和Ru₁₃纳米团簇中，Ru₁₃/O₆G、Ru₁₃/Bi₁@O₆G和Ru₁₂Bi₁/Bi₁@O₆G中Ru团簇的平均∆G_H*（-0.69 eV）显著下降至-0.37 eV，其中Ru₁₂Bi₁/Bi₁@O₆G相对于Ru₁₃/O₆G和Ru₁₃/Bi₁@O₆G具有最优的平均∆G_H*（-0.37 eV）。

从理论上讲，Ru₁₂Bi₁/Bi₁@O₆G纳米结在所有模型中因其最佳的∆G_H*而具有最高效的HER过程，HER过程的优先级顺序为Ru₁₂Bi₁/Bi₁@O₆G > Ru₁₃/Bi₁@O₆G > Ru₁₃/O₆G。计算结果表明，合金Bi单原子和相邻Bi-O单位结构具有协同能力，通过调节石墨烯负载的Ru₁₃纳米团簇的电荷再分配，提高RuBi SAA/Bi@OG在碱性介质中的HER性能。

A Double Atomic-Tuned RuBi SAA/Bi@OG Nanostructure with Optimum Charge Redistribution for Efficient Hydrogen Evolution. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202300879.

https://doi.org/10.1002/anie.202300879.