硫掺杂Co3O4负载超低载量钌簇实现多位点协同电催化及工业级电流密度析氢

本文报道了一种通过原子层沉积技术构建超低载量钌簇（0.525 wt%）锚定硫掺杂Co3O4的新型电催化剂（Ru/S-Co3O4），其在碱性条件下表现出卓越的析氢反应（HER）活性与稳定性。该催化剂通过多位点协同机制（水分子在Co3O4位点解离、H*中间体迁移至Ru位点脱附）及电子结构调控，实现了工业级电流密度（1000 mA cm-2）下仅287 mV过电位，并在阴离子交换膜电解槽（AEMWE）中连续稳定运行1300小时，为大规模制氢提供了低成本高效解决方案。

　　

Highlight

本研究通过原子层沉积（ALD）技术在硫掺杂Co₃O₄（S-Co₃O₄）上锚定超低载量钌簇（0.525 wt%），构建了Ru/S-Co₃O₄电催化剂。其独特的结构与多位点协同效应使其在1 M KOH中仅需25 mV过电位即可达到-10 mA cm^-2，在-1000 mA cm^-2超高电流密度下过电位低至287 mV，并稳定运行超过100小时。在70℃的AEMWE电解槽中，仅需1.98 V电压即可实现1 A cm^-2的电流密度，持续运行1300小时后的衰减率仅为7.58 μV h^-1，性能显著优于Pt/C和Ru/C基准催化剂。

Conclusion

总之，我们通过原子层沉积技术在硫掺杂Co₃O₄载体上锚定超低载量钌簇（0.525 wt%），合理设计并合成了一种高性能HER电催化剂（Ru/S-Co₃O₄）。该催化剂在25℃的1 M KOH中表现出破纪录的HER活性，在-10 mA cm^-2下仅需25 mV过电位，在-1000 mA cm^-2超高电流密度下仅需287 mV过电位，并在超高电流密度下保持超过100小时的出色稳定性。