​郑大AFM: 构建fcc相Ru-Ni纳米粒子，高效电催化析氢

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​郑大AFM: 构建fcc相Ru-Ni纳米粒子，高效电催化析氢
钌(Ru)具有比铂(Pt)更高的储量和中等的氢结合能，在HER电催化方面是一种很有前途的催化剂。与单金属Ru催化剂相比，Ru基双金属催化剂的相工程研究具有很大的挑战性。与外源金属合金化可以调节主体贵金属的电子结构，改善相应的电催化性能，这种方法已被证明在优化各种电催化过程中广泛有效。
然而，金属离子之间的不同还原速率对精确控制RuM (M=Cu、Pt和Ir等)晶相带来不可避免的挑战。因此，RuM双金属催化剂的相调节显示出很大的潜力，进一步研究Ru基双金属催化剂的晶相工程具有重要意义。
​郑大AFM: 构建fcc相Ru-Ni纳米粒子，高效电催化析氢
​郑大AFM: 构建fcc相Ru-Ni纳米粒子，高效电催化析氢
近日，郑州大学郭海中和高晗等受纳米材料相工程的启发，开发了一种面心立方(fcc)晶体相RuNi (NPs) (fcc-RuNi)。实验结果表明，在碱性条件下，fcc-RuNi催化剂仅需16 mV的HER过电位就能达到10 mA cm−2的电流密度，Tafel斜率为38 mV dec−1，性能优于f/h-RuNi (40 mV，51 mV dec−1)、Pt/C (36 mV，49 mV dec−1)和Ru/C(49 mV，57 mV dec−1)催化剂。
此外，fcc-RuNi在10 mA cm−2电流密度下连续运行20小时没有发生明显的活性衰减，且反应后材料的形貌和结构仍保持良好，显示出优异的反应稳定性。
​郑大AFM: 构建fcc相Ru-Ni纳米粒子，高效电催化析氢
​郑大AFM: 构建fcc相Ru-Ni纳米粒子，高效电催化析氢
结合实验表征和理论计算，证实了相工程、Ru-Ni合金化和结构调制协同提升HER电催化性能。具体而言，fcc-RuNi催化剂的富Ru壳层包围富Ni核心核壳结构的自发形成增加Ru的表面暴露，有利于HER反应的活化，促进了Ru的利用；其次，由于Ni的晶格比Ru小，压缩Ru壳层可以优化中间体的吸附/解吸，进而加速HER反应动力学。
总的来说，该项研究在晶相工程的基础上，提出了一种合理设计和合成纳米催化剂的新方法，为电催化技术的进一步发展铺平了道路。
Ruthenium–nickel nanoparticles with unconventional face-centered cubic crystal phase for highly active electrocatalytic hydrogen evolution. Advanced Functional Materials, 2024. DOI: 10.1002/adfm.202406259

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