王冠文教授、戴升教授，JMCA观点：揭示和放大钌和碳载体之间的界面效应，以实现高效的析氢反应

第一作者:蒋泳君

通讯作者：王冠文*，戴升*

单位：台湾中央大学，华东理工大学

析氢反应(HER)在电化学水分解中发挥着重要作用，可替代传统的化石燃料，获得清洁、可持续的氢能。在传统的Pt基催化剂之外，Ru由于其耐腐蚀及在碱性介质中的良好HER性能，被认为是一种有望缓解Pt稀有且昂贵现状的替代催化剂。活性碳、多孔碳、金属有机骨架(如ZIF-8)等多种碳材料因其丰度高、导电性好、功能性可调、对恶劣环境的耐受性好，被广泛用于分散Ru纳米颗粒。

具有不同结构特征的不同碳材料在Ru载体上的相互作用不同，会影响其分散形貌、化学状态和HER活性位点。因此，系统地研究Ru与碳载体之间的界面效应，对了解Ru/C催化剂的结构-性能关系具有重要的意义。此外，是否可以采用额外的策略来放大界面效应，对于进一步提高其HER性能也具有重要意义。

本文研究了非晶碳(AC)、多孔碳(PC)和ZIF衍生碳(ZC)三种不同的碳载体材料对Ru/C催化剂负载Ru物种的影响。此外，本文还提出了一种酸蚀处理(AET)策略来放大Ru/C催化剂的界面效应，以进一步改善HER，经适当酸性腐蚀处理的最佳Ru/ZC-E50催化剂显示出更小的Ru尺寸和更多的Ru-C界面，实现了仅为26 mV的过电位和82 mV的Tafel斜率，超过了先前文献报道的Ru基和Pt基催化剂的碱性HER的性能。

基于AC-STEM、XPS、Raman和XAS的详尽表征，系统地比较和研究了不同碳载体材料(包括AC、PC和ZC)对Ru分散和化学态的影响。结果发现，Ru/ZC催化剂具有很强的金属-载体相互作用，使Ru保持在金属态，并保持高度分散，从而提高了HER在碱性介质中的活性和稳定性。

要点二：证明Ru和Ru-C界面都是Ru/C催化剂中HER的活性位点

电化学毒化实验证明，Ru和Ru-C界面都是Ru/C催化剂的HER活性位点。

要点三：AET提高界面效应和电化学活性

为最大限度地提高Ru/ZC催化剂的界面效应，提出了一种酸蚀处理(AET)策略。经过适当蚀刻处理的Ru/ZC-E50催化剂显示出更小的Ru尺寸和更多暴露的Ru-C界面，实现了仅26 mV的过电位和82 mV的Tafel斜率。

Revealing and Magnifying Interfacial Effects between Ruthenium and Carbon Supports for Efficient Hydrogen Evolution

王冠文，台湾中央大学材料科学与工程研究所教授。课题组主要研究电催化材料之结构与效能之关联性、利用同步辐射技术分析材料反应时原子结构与配位环境。获得台湾科技部优秀青年学者计划，中央大学研究杰出奖。

戴升，华东理工大学化学与分子工程学院教授、博士生导师。获清华大学学士、博士学位，曾于美国密歇根大学与加州大学尔湾分校进行博士后研究。课题组主要研究方向为先进催化剂的开发与精准表征，于原子尺度探究催化剂在反应过程中的演化规律，实现催化剂活性位点的识别与构效关系的建立。获国家级青年人才项目、上海市青年科技启明星计划等项目资助。

个人主页：http://shengdai.ecust.edu.cn

蒋泳君：华东理工大学博士研究生，导师：戴升教授

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