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第一作者：Lingbo Zong, Fenghong Lu, Ping Li, Kaicai Fan

通訊作者：王磊

通訊單位：青島科技大學

論文速覽

在合適的載體上包裹金屬實體的非均相催化劑，在催化各種化學反應方面具有深遠的意義，因此科研人員在金屬-載體相互作用調控方面進行了大量的研究，以提高催化性能。

本文報道了一種利用高溫沖擊（HTS）方法在鈦氮化物（TiN）載體上負載亞-2 nm釕納米團簇（HTS-Ru-NCs/TiN）的合成策略。該策略利用特殊的Ru-Ti相互作用，通過直接解吸RuCl₃、超快成核過程以及在極高溫度下的短暫融合時間，形成Ru-Ti界面周長，從而將Ru NCs?錨定在TiN載體上。HTS-Ru-NCs/TiN在堿性溶液中對析氫反應（HER）表現出顯著的活性，以極低的過電位達到10和100 mA cm^-2的電流密度。使用HTS-Ru-NCs/TiN組裝的堿性和陰離子交換膜水電解槽分別在1.65和1.67 V的電壓下達到1.0 A cm^-2的電流密度，證明了其在制氫工業中的應用潛力。

理論模擬揭示了在Ru?NCs和TiN之間的界面周長上形成有利的Ru-O和Ti-H鍵，加速了水分子解離動力學，從而增強了HER活性。本工作為通過HTS策略設計特定界面周長以提高多種催化性能提供了動力。

圖文導讀

圖1：HTS-Ru-NCs/TiN的合成過程、TEM圖像、HR-TEM圖像、HAADF-STEM圖像。

圖2：TiN和HTS-Ru-NCs/TiN的XRD圖譜、高分辨率Ru 3d、Ti 2p和N 1s XPS光譜、Ru K邊XANES光譜。

圖3：不同溫度下制備的HTS-Ru-NCs/TiN樣品的XPS和XAS觀察到的Ru物種化學狀態的演變。

圖4：HTS-Ru-NCs/TiN、HTS-Ru-NCs/TiO₂、Pt/C和TiN在玻璃碳電極上的HER線性掃描伏安曲線、Tafel圖、CV循環前后的極化曲線。

圖5：Ru₃₈/TiN界面上水分子解離的AIMD模擬能量變化、初始狀態(IS)和最終狀態(FS)構型的快照、Ti-O、Ru-O、Ti-H和Ru-H的徑向分布函數(RDFs)。

總結展望

本文通過高溫沖擊策略成功在TiN載體上負載了亞-2 nm的Ru NCs，形成了具有特殊Ru-Ti界面周長的HTS-Ru-NCs/TiN。該材料在堿性溶液中對HER表現出卓越的電催化活性和穩定性。

理論模擬和實驗結果表明，Ru-Ti界面周長處的水分子解離動力學得到加速，從而提高了HER的動力學。本工作不僅為高溫沖擊策略提供了新的應用實例，也為設計具有特定界面周長的催化劑以提高催化活性和穩定性開辟了新途徑。

文獻信息

標題：Thermal Shock Synthesis for Loading Sub-2 nm Ru nanoclusters on Titanium Nitride as a Remarkable Electrocatalyst towards Hydrogen Evolution Reaction

期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202403525

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