电解水制氢是大规模生产氢气的可行方法，而电催化剂是电解槽的核心部件，极大地影响能量转换效率。尽管具有优异H吸附的Pt基材料是析氢反应(HER)最有效的催化剂，但由于其稀缺性导致的高成本，极大地限制了它们的大规模应用。因此，开发廉价且高效的HER催化剂一直是研究热点之一。近日，中国科学技术大学王功名课题组通过阴离子缺陷策略在 CoP2的阴离子空位上精确捕获Ru单原子，成功制备出用于高效析氢的Ru-SA/Pv-CoP2纳米线催化剂。在1.0 M KOH溶液中，制备的Ru-SA/Pv-CoP2纳米线在10 mA cm-2geo电流密度下表现出低至17 mV的HER过电位，并且其在50 mV过电位下的相应的质量活性是基准Pt/C催化剂的52.2倍，这是有史以来报道的催化剂中的最高值。此外，Ru-SA/Pv-CoP2纳米线在10 mA cm-2geo电流密度下连续工作150小时后，过电位几乎保持不变。通过结构表征和密度泛函理论(DFT)计算，研究人员系统探索了Ru单原子(Ru-SAs)对调节催化位点的电子结构和配位结构的影响。通过将Co d和P p杂化转换为Co d和Ru d，可以逆转电子态分布(从亲核P位点到亲电Ru位点)。因此，d电子富集的Ru-SA/Pv-CoP2对水的吸附/活化和H2产生的能垒比d电子不足的原始CoP2催化剂低得多。通过用金属离子取代阴离子位点来精确调节活性位点的局部配位和电子结构为合理构建具有优异HER性能的催化剂及其他催化剂提供了思路。Reversing the Nucleophilicity of Active Sites in CoP2 Enables Exceptional Hydrogen Evolution Catalysis. Small, 2022. DOI: 10.1002/smll.202106870
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