on style="white-space: normal; margin-bottom: 20px; line-height: 1.75em; margin-left: 8px; margin-right: 8px;">由各种可再生能源提供动力的水分解产生的氢气被认为是一种可持续和清洁的能源替代品，可替代不可再生、储量少且对环境不友好的化石燃料。在已知的电催化剂中，铂族金属和合金表现出优异的析氢反应（HER）活性，例如Pt/C是HER的基准电催化剂，而Ru纳米粒子已被证明是用于析氢反应(HER)的高活性电催化剂。目前，大多数具有高活性的基于Ru纳米颗粒的HER电催化剂是由杂原子掺杂的碳底物支撑的，很少有具有大带隙(大于5 eV)的金属氧化物作为Ru纳米粒子的基底用于HER。
基于此，韩国蔚山国立科学技术研究院Jaephil Cho和青岛科技大学刘希恩、秦清等开发了一种由Ru纳米颗粒和Vo-HfO2组成的高效电催化剂，用于碱性电解质中的HER，其中，Ru纳米粒子和HfO2之间的相互作用是决定HER活性的关键因素。当1.0 M KOH溶液作为电解质时，VO-Ru/HfO2-OP在所研究的样品中表现出最好的催化活性，对应于10 mA cm-2的测量过电势为39 mV，甚至接近最先进的Pt/C；VO-Ru/HfO2-OP的较低Tafel斜率和较高数量的Ru-O-Hf键突出了氢析出动力学的有效促进，VO-Ru/HfO2-OP还显示出超高质量的活性，分别是商业Pt/C和Ru/C的约20倍和17倍。密度泛函理论(DFT)计算表明，通过控制Ru-O-Hf键的数量可以增强Vo-Ru/HfO2-OP的HER活性，而Ru纳米粒子的大小与Ru-O-Hf键的数量成反比。负载在HfO2催化剂上的Ru具有更多的Ru-O-Hf键和VO可以显著破坏H-OH键以加速水离解的能垒。此外，强大的金属-载体相互作用可优化氢吸附和解吸的能量，这些现象使VO-Ru/HfO2-OP在碱性电解质中催化析氢的活性增强和良好动力学合理化。该研究结果可用于改进用于各种可再生能源转换装置的高性能催化剂的设计和制造。The Synergistic Effect of Hf-O-Ru Bonds and Oxygen Vacancies in Ru/HfO2 for Enhanced Hydrogen Evolution. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-28947-9
