​川大Small：局域电荷转移调控Ru纳米团簇电子环境，促进其催化水电解产氢

与铂催化剂相比，钌(Ru)具有相似的氢吸附能和相对较低的水分解能垒，被认为是碱水电解的一种有前途的替代品。然而，在碱性介质中，钌(Ru)在水分解过程中的Volmer步骤缓慢，阻碍了它的实际应用。

近日，四川大学赵长生、李爽和马田等通过在纳米碳载体上组装并热解层叠式和二维卟啉基Ru-N配位聚合物，成功制备出具有N-配位的Ru纳米簇基催化剂Ru nc-N_x-T (T=500、600、700 °C)。

研究人员采用旋转圆盘电极(RDE)评估了催化剂在1.0 M KOH中的HER活性。用极化曲线评价了所有合成催化剂的活性。没有Ru nc-N_x配位结构的Ru nc-C_x-600催化剂在10 mA cm^-2电流密度下过电位为120 mV，而具有N-配位的Ru nc-N_x-600的过电位仅为17 mV。

Ru nc-N_x-600催化剂的Tafel斜率为32.6 mV dec^-1，远低于Ru nc-C_x-600(93.6 mV dec^-1)。

此外，Ru nc-N_x-600催化剂(2.709 mA cm^-2)的交换电流密度(j₀)比Ru nc-C_x-600(0.594 mA cm^-2)高约4.6倍，这进一步证实了其在碱性介质中优异的内在HER活性。

电子结构分析表明，在Ru nc-N_x结构中存在着明显的从Ru到N原子的局域电子转移，从而在Ru nc-N_x的d带中提供了更多的空轨道。

理论计算还表明，Ru nc-N_x位点增强了水的亲核进攻，削弱了H−OH键，最终产生了更好的碱性HER动力学。

总的来说，本研究表明，对钌纳米团簇的键环境进行调控可以对贵金属的固有催化活性、过程和稳定性产生重要影响，为开发高活性、耐用的水电解催化剂以及其他催化反应开辟了新的途径。

Modulating Electronic Environment of Ru Nanoclusters via Local Charge Transfer for Accelerating Alkaline Water Electrolysis. Small, 2022. DOI: 10.1002/smll.202204738