青岛科技大学王磊，最新AM！

第一作者：Lingbo Zong, Fenghong Lu, Ping Li, Kaicai Fan

通讯作者：王磊

通讯单位：青岛科技大学

论文速览

在合适的载体上包裹金属实体的非均相催化剂，在催化各种化学反应方面具有深远的意义，因此科研人员在金属-载体相互作用调控方面进行了大量的研究，以提高催化性能。

本文报道了一种利用高温冲击（HTS）方法在钛氮化物（TiN）载体上负载亚-2 nm钌纳米团簇（HTS-Ru-NCs/TiN）的合成策略。该策略利用特殊的Ru-Ti相互作用，通过直接解吸RuCl₃、超快成核过程以及在极高温度下的短暂融合时间，形成Ru-Ti界面周长，从而将Ru NCs 锚定在TiN载体上。HTS-Ru-NCs/TiN在碱性溶液中对析氢反应（HER）表现出显著的活性，以极低的过电位达到10和100 mA cm^-2的电流密度。使用HTS-Ru-NCs/TiN组装的碱性和阴离子交换膜水电解槽分别在1.65和1.67 V的电压下达到1.0 A cm^-2的电流密度，证明了其在制氢工业中的应用潜力。

理论模拟揭示了在Ru NCs和TiN之间的界面周长上形成有利的Ru-O和Ti-H键，加速了水分子解离动力学，从而增强了HER活性。本工作为通过HTS策略设计特定界面周长以提高多种催化性能提供了动力。

图文导读

图1：HTS-Ru-NCs/TiN的合成过程、TEM图像、HR-TEM图像、HAADF-STEM图像。

图2：TiN和HTS-Ru-NCs/TiN的XRD图谱、高分辨率Ru 3d、Ti 2p和N 1s XPS光谱、Ru K边XANES光谱。

图3：不同温度下制备的HTS-Ru-NCs/TiN样品的XPS和XAS观察到的Ru物种化学状态的演变。

图4：HTS-Ru-NCs/TiN、HTS-Ru-NCs/TiO₂、Pt/C和TiN在玻璃碳电极上的HER线性扫描伏安曲线、Tafel图、CV循环前后的极化曲线。

图5：Ru₃₈/TiN界面上水分子解离的AIMD模拟能量变化、初始状态(IS)和最终状态(FS)构型的快照、Ti-O、Ru-O、Ti-H和Ru-H的径向分布函数(RDFs)。

总结展望

本文通过高温冲击策略成功在TiN载体上负载了亚-2 nm的Ru NCs，形成了具有特殊Ru-Ti界面周长的HTS-Ru-NCs/TiN。该材料在碱性溶液中对HER表现出卓越的电催化活性和稳定性。

理论模拟和实验结果表明，Ru-Ti界面周长处的水分子解离动力学得到加速，从而提高了HER的动力学。本工作不仅为高温冲击策略提供了新的应用实例，也为设计具有特定界面周长的催化剂以提高催化活性和稳定性开辟了新途径。

文献信息

标题：Thermal Shock Synthesis for Loading Sub-2 nm Ru nanoclusters on Titanium Nitride as a Remarkable Electrocatalyst towards Hydrogen Evolution Reaction

期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202403525

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