Atomar dispersiertes Ruthenium auf ultradünnen Nickelhydroxid-Nanorippen für hoch effiziente Wasserstoffentwicklungsreaktion in alkalischen Medien

Zusammenfassung Die Erreichung einer hoch effizienten Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER) in alkalischen Medien ist eine große Herausforderung. Einzelatomkatalysatoren mit hoher Beladungsmenge haben aufgrund ihrer bemerkenswerten katalytischen Eigenschaften großes Interesse geweckt. Hier entwerfen und synthetisieren die Autoren unter Verwendung von Nickel-Schaum als Substrat atomar beladene Nickelhydroxid-ultradünne Nanorippen (R-NiRu) mit einer hohen atomaren Ru-Beladung von ≈7,7 Gew% über ein einstufiges hydrothermales Verfahren. Das Vorhandensein von konzentriertem Cl− im synthetischen System ist vorteilhaft für den Aufbau ultradünner Nanorippen, die mit reichlich Kanten-OH-Gruppen atomare Ru gut festhalten können. Unter Ausnutzung der Synergie zwischen atomarem Ru und der Nanorippenmorphologie von Nickelhydroxid zeigt R-NiRu eine niedrige Überpotenzial von 16 mV für die HER bei 10 mA cm−2 und eine Tafelneigung von 40 mV dek−1 in wässriger 1,0 m KOH-Lösung, die die von kommerziellem Pt/C (Überpotenzial von 17 mV bei 10 mA cm−2, Tafelneigung von 43 mV dek−1) übertrifft. Ergebnisse von Berechnungen der Dichtefunktionaltheorie (DFT) zeigen, dass atomar dispersiertes Ru die HER-Energiebarrie erheblich senken kann. Darüber hinaus behält R-NiRu nach 5000 Zyklen der zyklischen Voltammetrie eine außergewöhnliche Stabilität bei. Diese effiziente und einfache synthetische Strategie bietet eine neue Möglichkeit zur Gestaltung effizienter Katalysatoren.