氮掺杂碳纳米管上Co和Ru位点之间的电子通信促进碱性析氢反应

doi:10.61558/2993-074X.3460

电化学（中英文）

• 研究论文 •

氮掺杂碳纳米管上Co和Ru位点之间的电子通信促进碱性析氢反应

高梦婷^a,#，卫莹^a,#，霍雪萌^a，朱文洁^a，刘箐箐^a，强晋源^a，刘婉婉^a，王颖^a，李旭^a，黄剑锋^a，冯永强^a*

a. 陕西科技大学，材料科学与工程学院，西安710021

出版日期:2024-04-23 发布日期:2024-04-23
通讯作者: 冯永强 E-mail:fengyq@sust.edu.cn
作者简介:高梦婷，卫莹，霍雪萌，朱文洁，刘箐箐，强晋源，刘婉婉，王颖，李旭，黄剑锋，冯永强

Electronic Communication between Co and Ru Sites Decorated on Nitrogen-doped Carbon Nanotubes Boost the Alkaline Hydrogen Evolution Reaction

Mengting Gao,^a,# Ying Wei,^a,# Xuemeng Huo,^a Wenjie Zhu,^a Qingqing Liu,^a Jinyuan Qiang,^a Wanwan Liu,^a Ying Wang,^a Xu Li,^a Jianfeng Huang,^a Yongqiang Feng^a,*

a School of Materials Science and Engineering, Shaanxi University of Science and Technology, Xi’an 710021, China

Published:2024-04-23 Online:2024-04-23
Contact: Yongqiang Feng E-mail:fengyq@sust.edu.cn
About author:Mengting Gao,Ying Wei, Xuemeng Huo, Wenjie Zhu, Qingqing Liu, Jinyuan Qiang, Wanwan Liu, Ying Wang, Xu Li, Jianfeng Huang, Yongqiang Feng

摘要/Abstract

摘要： 碱性电解水析氢反应(HER)作为获取绿色氢能源的重要途径具有广泛的研究意义和应用价值，但其缓慢的电极反应动力学及较高的过电位需要高效稳定的催化剂来加速反应过程。目前商用的铂（Pt）基催化剂因高昂的成本限制了其规模化应用。设计高效、低过电位的非Pt电催化剂仍然是一个重大挑战。钌（Ru）基催化剂因具有类Pt的活性氢结合能而受到广泛关注。本文以富勒醇和三聚氰胺为基体原料，与CoCl₂和RuCl₃在150 °C水热反应24 h，随后在Ar/H₂(5%)混合气氛下600 °C热解处理，成功在氮掺杂碳纳米管(N-CNTs)上修饰了CoRu纳米合金，制备了一种新型高效的Co，Ru双金属电催化剂。得益于Co和Ru位点之间的电子通信，所得CoRu@N-CNTs具有优异的电催化HER活性。在1 M KOH水溶液中达到10 mA cm^-2的电流密度，所需过电位仅为19 mV，塔菲尔斜率为26.19 mV/dec^-1，优于基准Pt/C催化剂。本研究将为高效析氢电催化剂的设计与制造开辟一条新的道路，有力推动电解水制氢技术在能源存储与转化领域的应用推广，为我国“碳达峰与碳中和”战略目标的实施蓄势赋能。

关键词: 钴钌合金, 电催化剂, 水裂解, 析氢反应, 碳纳米管

Abstract: Designing highly efficient Pt-free electrocatalysts with low overpotential for the alkaline hydrogen evolution reaction (HER) remains a significant challenge. Here, a novel and efficient Co, Ru bimetallic electrocatalyst composed by CoRu nanoalloy decorated on the N-doped carbon nanotubes (N-CNTs), deriving from the fullerenol and melamine via hydrothermal treatment followed by pyrolysis. Benefiting from the electronic communication between Co and Ru sites, the as-obtained CoRu@N-CNTs exhibited superior electrocatalytic HER activity. To deliver a current density of 10 mA cm^-2, it required an overpotential of merely 19 mV along with a Tafel slope of 26.19 mV dec^-1 in 1 M KOH, outperforming the benchmark Pt/C catalyst. The present work would pave a new way for the design and construction of efficient electrocatalyst for energy storage and conversion.

Key words: CoRu alloy, electrocatalyst, water splitting, hydrogen evolution reaction, carbon nanotubes

高梦婷, 卫莹, 霍雪萌, 朱文洁, 刘箐箐, 强晋源, 刘婉婉, 王颖, 李旭, 黄剑锋, 冯永强. 氮掺杂碳纳米管上Co和Ru位点之间的电子通信促进碱性析氢反应[J]. 电化学（中英文）, doi: 10.61558/2993-074X.3460.

Mengting Gao, Ying Wei, Xuemeng Huo, Wenjie Zhu, Qingqing Liu, Jinyuan Qiang, Wanwan Liu, Ying Wang, Xu Li, Jianfeng Huang, Yongqiang Feng. Electronic Communication between Co and Ru Sites Decorated on Nitrogen-doped Carbon Nanotubes Boost the Alkaline Hydrogen Evolution Reaction[J]. Journal of Electrochemistry, doi: 10.61558/2993-074X.3460.

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