吉大崔小强&郑伟涛JACS：拉伸应变Ru原子层—空间限制PdHx用于高效析氢！

 1

研究内容

由于由间隙氢原子调节的有利电子结构和金属烯的大活性表面积，氢化物金属烯在氢相关催化应用中显示出巨大的潜力。金属烯纳米结构通常具有相对于本体的压缩应变，这会影响氢化物金属烯的稳定性和催化行为，但通常无法可控。
吉林大学崔小强教授和郑伟涛教授提出了一种新的策略，利用Ru原子表面层的空间限制效应显著增强氢化物金属PdHx金属烯的稳定性。结果显示，PdHx@Ru金属烯表现出出色的碱性析氢反应（HER）活性，在10 mA cm-2时具有30 mV的低过电位，这超过了大多数报道的Ru基电催化剂。此外，还表现出优异的稳定性。相关工作以“Spatially Confined PdHx Metallenes by Tensile Strained Atomic Ru Layers for Efficient Hydrogen Evolution”为题发表在国际著名期刊Journal of the American Chemical Society上。

 2

研究要点

要点1. 合成的PdHx@Ru是有4.5%拉伸应变Ru表面层的高度稳定的金属烯。此外，通过多重光谱表征和分子动力学模拟揭示了Ru表面的空间限制效应。其中，Pd和Ru是不混溶的，Pd在正常条件下形成氢化物，但这种氢化物在室温以上不稳定，而Ru不形成氢化物。PdHx相对于Pd的扩展晶格导致Ru的拉伸应变，并导致优异的催化活性。
要点2. PdHx@Ru金属烯在空气中，可以承受超过200℃的高温，这与仅在60℃以下稳定的PdHx金属烯形成鲜明对比。从头计算分子动力学（AIMD）模拟表明，Ru表面层可以限制晶格中的氢原子。
要点3. PdHx@Ru金属烯表现出出色的碱性HER活性，在10 mA cm−2时具有30 mV的低过电位，并且在10000次循环后或在50 mA cm-2下经过25小时后具有可忽略的活性衰减的稳定性，这优于商业Pt/C和大多数报道的Ru基电催化剂。
要点4. 控制实验和第一原理计算表明，PdHx@Ru金属烯的催化活性主要来源于拉伸应变的Ru表面层增强了H2O的吸附，降低了H2O解离的能量势垒，并提供了适度的氢吸附能。

 3

研究图文

图1. PdHx@Ru金属烯的形态和结构特征。图2. PdHx@Ru金属烯的结构和电子性能。图3. PdHx@Ru金属烯的稳定性。图4. PdHx@Ru金属烯的碱性HER性能。图5. HER性能的理论研究。

 4

文献详情

Spatially Confined PdHx Metallenes by Tensile Strained Atomic Ru Layers for Efficient Hydrogen Evolution
Jinchang Fan, Zhipeng Feng, Yajing Mu, Xin Ge, Dewen Wang, Lei Zhang, Xiao Zhao, Wei Zhang, David J. Singh, Jingyuan Ma, Lirong Zheng, Weitao Zheng,* Xiaoqiang Cui*J. Am. Chem. Soc.DOI: 10.1021/jacs.2c11692