将多个物种串联起来用于不同的析氢反应(HER)步骤是设计HER电催化剂的有效策略。
在这里，意大利理工学院Yong Zuo，Liberato Mann，Sebastiano Bellani设计了一种用于HER的分层电极，由非晶态TiO2/Cu纳米棒(NR)组成，并装饰有经济高效的Ru−Cu纳米异质结构（Ru质量负载=52 μg/cm2）。
文章要点
1）对于1 M NaOH中的HER，这种电极在-200 mA/cm2下表现出稳定的250小时以上74 mV的低过电势。
2）通过结构分析、原位X射线吸收光谱和第一原理模拟，电极的高活性归因于协同功能：(1)机械坚固、垂直排列的CuNR具有高电导率和孔隙率，可提供快速充电和气体传输通道；（2）Ru电子结构受表面Cu簇尺寸的调节，促进水解离（Volmer步骤）；(3)在Ru顶部生长的Cu团簇表现出接近于零的氢吸附吉布斯自由能，促进了快速的Heyrovsky/Tafel步骤。
3）连接所提出的阴极和不锈钢阳极的碱性电解槽（AEL）可以在连续（1 A/cm2超过200小时）和间歇模式（加速应力测试）下稳定运行。此外，技术经济分析预测，基于我们的AEL单电池，寿命为30年的1 M WAEL工厂的最低总体制氢成本为2.12美元/kg，达到全球目标（2−2.5美元/kgH2）。
参考文献
Yong Zuo, et al, Ru−Cu Nanoheterostructures for Efficient Hydrogen Evolution Reaction in Alkaline Water Electrolyzers, J. Am. Chem. Soc., 2023
DOI: 10.1021/jacs.3c06726
https://doi.org/10.1021/jacs.3c06726
