超薄有机分子层修饰Ni(OH)2负载缺电子Ru促进H*脱附实现高效碱性析氢
CSTR:
作者:
作者单位:

(中国石油大学(华东)重质油全国重点实验室,山东青岛 266580)

作者简介:

许娜(1999-) ,女,实验师,博士,研究方向为过渡金属基纳米结构及其电催化绿色制氢。E-mail:B24030010@upc.edu.cn。

通讯作者:

中图分类号:

:TK 02

基金项目:

国家自然科学基金面上基金项目 (22479161,52274308)


Ultrathin organic-modified Ni(OH)2 anchoring electron-deficient Ru boosts alkaline hydrogen evolution via enhanced H* desorption
Author:
Affiliation:

(State Key Lab of Heavy Oil Processing(China University of Petroleum (East China), Qingdao 266580, China)

Fund Project:

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    摘要:

    基于超薄单宁酸(TA)层与钌离子的配位自组装策略,以优化氢氧化镍表面富含粒径为2 nm钌纳米颗粒的电子结构(Ni(OH)2-TA-Ru)。采用电化学测试和相应结构表征手段以及密度泛函理论(DFT)计算,评估催化剂的析氢催化活性、长期运行稳定性、结构特征和Ru活性位点的电子结构特性。结果表明:Ni(OH)2-TA-Ru在1 mol/L KOH和碱性海水(1 mol/L KOH+天然海水)中于100 mA/cm2下分别仅需53和70 mV过电位,较Pt/C/NF(109.7 mV)降低51.7%和36.2%;经计时电位法测试分别稳定运行100和72 h;TA超薄图层修饰Ni(OH)2载体诱导形成缺电子态的Ru物种,致使Ru的d带中心下移0.7 eV,这种电子结构调控有效削弱了Ru-H键强度,加速氢中间体(H*)的脱附(Heyrovsky决速步骤),促进碱性析氢反应动力学。

    Abstract:

    Through a coordination-driven self-assembly strategy of ultrathin tannic acid (TA) layer and Ru ions, the electronic structure (Ni(OH)2-TA-Ru) rich in 2 nm Ru nanoparticles on the surface of nickel hydroxide was optimized. Electrochemical evaluations, structural characterizations, and density functional theory (DFT) calculations were utilized to assess the hydrogen evolution reaction (HER) activity, long-term operation stability, and electronic structure characteristics of Ru active sites. It is found that Ni(OH)2-TA-Ru only requires 53 and 70 mV overpotentials at 100 mA/cm2 in 1 M KOH and alkaline seawater (1 M KOH + seawater), respectively, which are 51.7% and 36.2% lower than that of Pt/C/NF (109.7 mV). Chronopotentiometric tests are stable for 100 h and 72 h, respectively. The TA ultrathin layer modified Ni (OH)2 support induces the formation of electron-deficient Ru species, downshifting the Ru d-band center by 0.35 eV. This electronic restructuring weakens Ru-H bond strength, accelerates the desorption of hydrogen intermediates (H*), and promotes the Heyrovsky rate-determining step and enhancing alkaline HER kinetics.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

许娜,李慢慢,刘宾,柴永明,董斌.超薄有机分子层修饰Ni(OH)2负载缺电子Ru促进H*脱附实现高效碱性析氢[J].,2025,49(5):236-245

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  • 收稿日期:2025-08-23
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  • 在线发布日期: 2025-10-29
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