背景：
氢能作为未来的清洁能源之一，引起了科研界的广泛关注。 电催化水裂化（EWS）是众多制氢技术中最可持续的制氢方式之一，具有良好的产业基础和研究前景。 开发具有高稳定性、高选择性、低成本的类PT析氢电催化剂是电催化剂研究的重要课题。
华南理工大学李丽贵，暨南大学王楠、大连理工大学刘安民采用电化学交换法设计了一种新型RU改性CO纳米颗粒（RU co@nc）负载的N掺杂碳片电催化剂，从试验和计算两个角度分析了HER的反应性和稳定性，并阐述了其构效关系。
模型和计算方法
本文采用materials studio包装的castep从理论上研究了电催化析氢性能和电子性质，在广义梯度近似（GGA）下基于PEB泛函计算了电子交换相关性，并利用超软赝势法（USP）计算了电子自一致性计算。 本文使用的方法将用于MS光热催化类（）。，详见结尾。
结构与讨论
图 1 显示了制备的 NC 和 RU co@nc的微观形貌和元素关系。 NC纳米片呈片状结构堆叠，CO纳米颗粒和RU掺杂CO纳米颗粒的平均粒径为610 和 348 nm，表明RU掺杂可以限制CO纳米颗粒的团聚或晶核生长能力，实现可控的粒径。 图S5中的吸附-脱附曲线也表明，该催化剂具有优异的粒径和孔体积，对HER的传质和电子转移有很好的促进作用。 线扫描曲线测试 RU co@nc的元素分布。 在图1f中，RU co@nc表现出典型的核壳结构，碳层明显集中在样品表面，CO集中在样品内部，结合一维明显RU-CO异质结的形成，充分证明了RU co@nc的合成成功。
图1NC和RU的微观形貌与RU co@nc与RU co@nc的元素关系
在图2中，通过XRD和Raman进一步表征了催化剂的组成和结晶度，发现RU的包埋会降低催化剂的石墨化程度，但整个催化剂会保持石墨相特性。 XPS光谱证实，N、Co和Ru元素成功掺杂到碳衬底中，co@nc Co co@nc的结合能正向偏移023 eV，表明由于电负性的差异，电子从Co（1.9） 到 ru （22）的转移，确认co@nc和RU之间存在交互。
图2RU co@nc光谱测试
HER测试（1M KOH）和计算结果如图3所示。 RU co@nc表现出比PT C催化剂更高的析氢能力，过电位分别为10 mV（10 mA·mmV·dec-1和20 ohm）和RCT，双电层电容较大，表明RU co@nc的协同效应有利于提高HER过程中Volmer反应的动力学。 RU CO具有较好的吉布斯自由能，态密度表明催化剂呈金属型，有利于界面电荷传输，RU原子的加入提高了费米能级的电子浓度，RU-CO协同促进HER。
图3测试并计算了给定RU co@nc的HER活性
为了测试RU co@nc的稳定性，作者进行了1000圈LSV和I-T测试来证明其稳定性。 再次测定了XED和XPS，相中的特征峰和单价态与原催化剂的测试结果一致，也表明催化剂结构具有优异的稳定性。 随后进行总水解试验，发现**OER的效率高于市售PT C+RUO2混合催化剂，并保持了良好的稳定性，表明RU co@nc是一种具有总水解潜力的电催化剂。
图4RU co@nc稳定性测试
最后，综述了RU co@nc电催化剂在酸性和中性条件下的HER性能。 从图5可以看出，该催化剂在酸性和中性条件下具有与PT C催化剂相当的优异的HER活性，在酸性、碱性和中性条件下，催化剂的质量活性明显高于玻碳催化剂（图S18），表明RU co@nc在较宽的pH范围内仍能保持良好的HER性能和稳定性。
图5RU co@nc在酸性和中性条件下的析氢性能
结论与展望
本文采用电化学交换反应制备了RU co@nc，并利用Co-RU异质结构的协同作用调节了电子结构，加速了水的解离和氢气的生成，NC载体为催化剂的稳定性提供了保证。 本工作为开发高效的全pH析氢电催化剂提供了可靠的策略。
这篇文章提到电子态密度分析和吉祥展位自由能量阶跃图计算所有这些都将在MS光电热催化课程（）中教授。 此外，培训课程还包括催化理论、建模、热力学、动力学、吸附性质分析等，包括CO2RR Oer Her自由能阶程图、火山理论、D波段中心、过渡态搜索、确认、优化、频率验证、吸附活化、COHP、掺杂改性、带隙带边缘位置调整、光生载流子分离、异质结构能量电荷电位匹配、 层间差分电荷密度等科研热点。
书目信息
zhao, d., li, z., yu, x., zhou, w., wu, q., luo, y., chen, s. (2022). ru decorated co nanoparticles supported by n-doped carbon sheet implements pt-like hydrogen evolution performance in wide ph range. chemical engineering journal, 450, 138254.