目前开发无铂催化剂以广泛用于工业规模的水碱电解槽中的碱析氢反应（HER）仍然面临极大的挑战。钌（Ru）具有出色的水离解能力，可以作为水分解铂催化剂的替代品。然而，其大的氢结合能限制了HER活性。

有鉴于此，中科院上海硅酸盐研究所，国科大王家成研究员，马汝广副研究员，中国科学院宁波材料技术与工程研究所杨明辉研究员报道了一种新方法，通过将Ru纳米颗粒均匀负载在掺杂三嗪环（C₃N₃）的碳（triNC）上来提高Ru的HER活性。

文章要点：

1）三嗪基共价三嗪骨架（CTF），三嗪环掺杂碳（triNC）是采用离子热策略以四氰基喹二甲烷（TCNQ）为原料制造的。通过浸渍步骤，然后通过热还原工艺将Ru加载到triNC上。为了研究碳载体和氮掺杂水平之间的差异，选择了科琴黑（C）和N掺杂的科琴黑（NC）来负载Ru纳米粒子。使用与Ru / triNC制备相同的过程。所得样品分别表示为Ru/C和Ru/NC。

2）复合材料（Ru/triNC）表现出出色的HER活性，在10 mA cm^-2时，具有约2 mV的超低过电势，在碱性电解液中的Tafel斜率约为32.1 mV dec^-1。从而使其成为迄今为止报道的碱性HER最佳性能的电催化剂。在25 mV的超电势下，Ru/triNC（778.2 mA mg_Ru^-1）的计算质量活性比市售Pt/C（75.7 mA mg _Pt ^-1）高10倍，比Pt/triNC（51.1 mA mg _Pt ^-1）高15倍以上。

3）XPS和UPS结果以及DFT计算证实了三嗪环掺杂在triNC中的关键作用。将三嗪环掺杂到碳基体中会改变费米能级的位置和碳载体的功函，从而使triNC成为比NC和纯C更好的电子受体。

4）在HER中，从Ru转移到碳载体上的电子会减弱氢的吸附强度并加速氢的解吸。DFT计算证明，在该接触带电改性的Ru表面上获得适度的氢吸附能和较强的水离解能力，从而在碱性介质中具有优异的HER活性。

该发现提供了对碱性溶液中析氢的见解，并且还提出了制造高效的无铂HER催化剂的可行策略。

Qiangjian Ju, et al, Ruthenium Triazine Composite: A Good Match for Increasing Hydrogen Evolution Activity through Contact Electrification, Adv. Energy Mater. 2020

DOI：10.1002/aenm.202000067

https://doi.org/10.1002/aenm.202000067