电化学析氢反应（HER）是一种极具吸引力的大规模制氢技术。Ru基材料与氢的结合强度相近，但成本远低于Pt催化剂，是一种很有前途的电催化剂。

近日，南方科技大学徐强教授，中科院福建物构所朱起龙研究员报道了通过热解吸附Ru(III)离子的ZIF-8有序大孔单晶，制备了以超细Ru纳米团簇为电催化微/纳米反应器的N掺杂纳米多孔碳的有序大孔超结构（Ru/OMSNNC），可在整个pH范围内实现高效HER。

文章要点

1）采用双溶剂诱导非均相成核的方法制备了分散有Ru(III)离子的有序大孔ZIF-8单晶（Ru(III)/MSC-ZIF-8）作为MOF前驱体，具有较高的热稳定性，避免了高温碳化过程中MOF骨架的坍塌，改善了获得N掺杂有序大孔超结构的途径。Ru(III)/MSC-ZIF-8热裂解后，得到的Ru/OMSNNC微/纳米反应器具有高度有序的N掺杂纳米多孔碳壁的大孔超结构，其中亚2 nm的Ru纳米碳管均匀分布在壁上。

2）鉴于Ru/OMSNNC微/纳米反应器具有有效的传质和活性位点可及性性、超细Ru NCs的均匀分散和较高的网络电导率等先进的结构特点，其在各种pH介质中实现了前所未有的优异HER性能，其质量活性是商用Pt/C的41倍以上。值得注意的是，Ru/OMSNNC对碱性HER的过电位仅为13 mV@10 mA cm⁻²，Tafel斜率低至40.41 mV dec⁻¹，25 mV时的周转频率（TOF）达到1.6 H₂ s⁻¹，大大超过了Pt/C。

3）当采用Ru/OMSNNC衍生的有序大孔超结构RuO₂电极时，在相同的电池电压下，Ru/OMSNNC的产氢速率远高于Pt/C。

参考文献

Yu-Lin Wu, et al, Ordered Macroporous Superstructure of Nitrogen-Doped Nanoporous Carbon Implanted with Ultrafine Ru Nanoclusters for Efficient pH-Universal Hydrogen Evolution Reaction, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202006965

https://doi.org/10.1002/adma.202006965