通訊作者（或者共同通訊作者）：申燕教授、任志鋒教授 論文DOI：10.1002/smtd.201900796 全球化石燃料的急劇減少以及環境污染的日益加劇使追求可再生的清潔能源迫在眉睫，其中電解水制氫被認為是制備高純度氫氣的有效方法，但催化劑的成本以及其在大電流密度下的活性和穩定性一直是限制電解水制氫大規模推廣的主要因素。Ru表現出與Pt相似的金屬-氫成鍵能，但其價格僅為鉑的三分之一，這使Ru有望替代Pt作為一種高效的析氫反應催化劑，但Ru在堿性介質中較弱的解離水的能力仍然是限制其本征活性的主要原因。過渡金屬氫氧化物能有效的促進H-OH的斷裂，而其將表面生成的Had物種轉換成分子氫氣的能力遠不如金屬Ru。本報道將金屬Ru與過渡金屬氫氧化物有效的結合，其中過渡金屬氫氧化物解離水以提供金屬Ru大量的Had物種，兩者的協同作用極大地促進了氫氣分子在催化劑表面形成。●金屬Ru原位生長在自支撐結構的(Fe,Ni)(OH)2/NF載體上；● (Fe,Ni)(OH)2和Ru的協同作用加速產氫；工業大規模電解水制氫亟需發展廉價、高催化活性以及穩定的催化劑。最近，來自中國華中科技大學申燕教授聯合和美國休斯頓大學任志鋒教授的研究團隊報道了一種大電流密度電化學產氫的Ru/(Fe,Ni)(OH)2/NF催化劑，該催化劑采用室溫浸泡還原的方法合成，具有超親水表面和高導電性的特點，在1 M KOH介質中，該催化劑僅需152 mV的過電位就能實現1 A cm-2的大電流密度。相關研究成果以“InSitu Growth of Ru Nanoparticles on (Fe,Ni)(OH)2to Boost Hydrogen Evolution Activity atHigh CurrentDensityin Alkaline Media”為題發表在Small Methods（DOI:10.1002/smtd.201900796）上。通過室溫浸泡還原的方法在自支撐的(Fe,Ni)(OH)2/NF基底上構建Ru基催化劑[Ru/(Fe,Ni)(OH)2/NF]（圖1），Ru和(Fe,Ni)(OH)2兩組分之間存在強相互作用。圖1. Ru/(Fe,Ni)(OH)2/NF催化劑制備過程示意圖該催化劑在堿性電解液中表現出優異的析氫性能，包括超低過電位（電流密度為1 Acm-2時過電位僅為142 mV）、較低的塔菲斜率（30 mV dec-1）以及較強的穩定性（圖2）。采用Ru/(Fe,Ni)(OH)2/NF和NiFe-LDH/NF分別作為陰極和陽極，在堿性條件下全電解水過程中電流密度高達1 A cm-2時所需的槽電壓僅為1.75 V。電解20 h后仍能保持優異的水裂解性能。當電解液溫度上升至70 ℃時（工業電解水溫度），電解水所需電壓進一步得到降低。密度泛函理論計算（圖3）研究進一步闡述了Ru/(Fe,Ni)(OH)2的電催化機制：水分子在(Fe,Ni)(OH)2上活化然后提供給Ru大量的Had物種, 從而加速Ru/(Fe,Ni)(OH)2在堿性介質中的整個析氫反應過程。該研究成果提供了一種催化劑合成策略，即利用基底泡沫鎳將Ru3+離子還原為金屬Ru并直接其負載在高比表面積的(Fe,Ni)(OH)2/NF載體上。這種方法合成的催化劑既有利于傳質，又能最大限度的暴露活性位點，因此，為大電流密度下低成本電解水制氫提供了新的思路。
