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設計和制造高效、低成本、大電流輸出的適用于工業制氫的電催化劑是當前水電解技術的發展趨勢。基于此，陜西科技大學馮永強副教授，黃劍鋒教授，曹麗云教授（共同通訊作者）等人利用3D晶體富勒烯網絡（CFN）的晶格限域原位還原效應，通過溶劑熱裂解過程捕獲Ru納米顆粒（NP）和單原子（SA）。優化后的產物（Ru_NP-Ru_SA@CFN-800）對堿性析氫反應具有良好的電催化性能。

作者分別構建了Ru_NP-Ru_SA@CFN, Ru_SA@CFN, and Ru_NP@CFN三種催化劑模型。從動力學的角度計算了Ru_NP-Ru_SA@CFN的水解離步驟的過渡態能壘為0.36 eV，遠低于Ru_SA@CFN（0.57 eV）和Ru_NP@CFN（0.85 eV）。因此，Ru_NP-Ru_SA@CFN應該是這三種結構中最好的HER電催化劑。

電荷密度差分圖表明，對于Ru_NP-Ru_SA@CFN來說，電子明顯從H上耗盡，主要聚集在相鄰的Ru原子上，表明在NP的協助下形成了弱的O-H鍵，這可以促進水的解離過程。此外，與Ru_SA@CFN（-1.40 eV）和Ru_NP@CFN（-1.50 eV）相比，吸附了水的Ru_NP-Ru_SA@CFN的態密度（DOS）具有較高的d帶中心（-1.33 eV）。d帶中心越接近費米能級，說明對水的吸附能力越強，對水的解離越有利。總之，Ru_NP-Ru_SA@CFN中Ru NP和SA之間的協同作用從熱力學和動力學的角度降低了反應能量，這是堿性HER活性增強的根源。

Fullerene Lattice-Confined Ru Nanoparticles and Single Atoms Synergistically Boost Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction. Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202213058.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202213058.

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陜科大AFM：富勒烯晶格限域Ru納米顆粒與單原子協同促進電催化析氫反應

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