鉑(Pt)被認(rèn)為是酸性介質(zhì)中HER的最先進(jìn)的電催化劑，因?yàn)镻t表面上有利的H*吸附與HER更快的反應(yīng)速率相關(guān)。考慮到其高成本和有限的儲(chǔ)量，研究人員正在尋找其他相對(duì)廉價(jià)的材料，以便大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。釕(Ru)是鉑的有希望的候選金屬，但Ru在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)發(fā)生粒子聚集和溶解，導(dǎo)致Ru納米顆粒(NPs)的活性部分喪失。因此，制定有效的策略以促進(jìn)釕的利用，迫在眉睫。近日，北京航空航天大學(xué)周葦課題組采用兩步水熱法設(shè)計(jì)并制備了具有三種界面(Ru/MoS₂、Ru/MXene和MoS₂/MXene)的特殊電催化劑。

具體而言，研究人員利用花邊狀1T相MoS₂片修飾Ti₃C₂T_x MXene，并且Ru納米顆粒(≈1.7 nm)在MoS₂和MXene材料上均勻生長(zhǎng)(Ru@1T-MoS₂-MXene)。Ru@1T-MoS₂-MXene在較寬的pH范圍內(nèi)，特別是在酸性介質(zhì)中，可作為一種高效、穩(wěn)定的HER電催化劑：Ru@1T-MoS₂-MXene在10 mA cm^?2電流密度下的過(guò)電位為44 mV，Tafel斜率為47 mV dec^?1。

此外，它在10 0mV的過(guò)電位下顯示出0.79 mA μg_Ru^?1的優(yōu)異質(zhì)量活性，并且其在酸性溶液中能經(jīng)受160小時(shí)的i-t測(cè)試和5000個(gè)CV循環(huán)而電位變化可以忽略不計(jì)，說(shuō)明Ru@1T-MoS₂-MXene具有優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算揭示了三重界面優(yōu)化在提高活性和穩(wěn)定性方面的作用：首先，二維MoS₂和MXene能夠很好地分散和穩(wěn)定Ru晶粒，賦予催化劑較大的電化學(xué)活性面積；其次，Ru/MoS₂界面降低了H*吸附能，Ru/MXene界面增強(qiáng)了電導(dǎo)率，這可以有效提高催化活性；最后，MoS₂/MXene界面可以保護(hù)MXene的邊緣不被氧化，并在長(zhǎng)期的催化過(guò)程中保持1T-MoS₂相的穩(wěn)定性。

因此，Ru@1T-MoS₂-MXene在中性和堿性介質(zhì)中也表現(xiàn)出優(yōu)異的活性和穩(wěn)定性。綜上，該項(xiàng)工作為開發(fā)高效耐用的pH通用Ru基HER電催化劑提供了一條有效的多界面優(yōu)化策略。

Triple Interface Optimization of Ru-based Electrocatalyst with Enhanced Activity and Stability for Hydrogen Evolution Reaction. Advanced Functional Materials, 2023. DOI: 10.1002/adfm.202212514