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Adv. Sci.：1+1>2! Ru-W對中Ru和W位點協同促進電化學水分解制氫

可再生電力驅動的電解水技術為生產綠色氫氣提供了一種成本效益高且簡便的方法，被認為是實現未來碳中和的關鍵。在酸性電解液中進行析氫反應(HER)需要使用貴金屬基陽極催化劑和昂貴的質子交換膜，這限制了酸性HER的大規模應用。

因此，堿性析氫反應引起了人們的廣泛關注。近年來，Pt基材料是高效析氫的基準材料，但其稀缺性限制了其實際應用。Ru作為Pt族金屬之一，在高效析氫催化劑的開發方面具有潛在的應用價值。

然而，氫和羥基物種在Ru物種上的強吸附阻礙了進一步的水解離、氫解吸和結合過程，嚴重影響了HER活性。因此，迫切需要選擇性地調控Ru的電子結構來微調氫和羥基物種的吸附和脫附能力以實現高效電催化堿性HER。

基于此，西北大學屈云騰、冷坤岳和深圳職業技術大學李曉琳等采用晶格限域策略，通過陽離子交換構建了具有Ru-W對的Ru單原子摻雜WO₂納米顆粒(Ru-W/WO₂-800)。

結果表明，Ru-W/WO₂-800表現出優異的HER性能，其在堿性條件下達到10 mA cm^?2電流密度時的過電位僅為11 mV，Tafel斜率為31.3 mV dec^?1，以及在50 mV處的質量活性高達5863 mA mg_Ru^?1。同時，該催化劑在250 mA cm^?2電流密度下連續運行500小時而沒有發生明顯的活性衰減，并且反應后材料的結構未發生變化，證明其具有優異的穩定性。

實驗結果和理論計算表明，Ru-W/WO₂-800中的Ru位點的E_absOH高于Ru₁/WO₂-800中的Ru位點和Ru SAC中的Ru位點，表明Ru-W對的存在減弱了Ru-OH相互作用。同時，Ru-W/WO₂-800中W位上和WO₂-800中W位上的W-OH之間的強相互作用進一步證明了Ru-W/WO₂-800中Ru-W雙原子位點上OH吸附的優化。

此外，Ru-W/WO₂-800還具有優越的水解離能，其中*H吸附在Ru位點，*OH吸附在W位點。因此，鍵合在WO₂晶格中的Ru-W對位點為Ru-W/WO₂-800催化HER提供了優勢：1.快速的OH轉移性能；2.優越的水解能力；3.優化的氫吸附能，W位點和Ru位點協同促進了HER活性。

Ru–W Pair Sites Enabling the Ensemble Catalysis for Efficient Hydrogen Evolution. Advanced Science, 2023. DOI: 10.1002/advs.202303110

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