1、研究背景：
氢气因其高热值和零碳排放特性而被认为是传统化石燃料最佳的替代品之一。在各种技术当中，电解水制氢（HER）因操作简单、不受原料供应的限制、纯度高等优点引起人们广泛研究兴趣。与酸性HER相比，碱性HER具有避免催化剂腐蚀和溶解、产生高纯度绿色氢气的优势。然而，缓慢的动力学、高过电位和对贵金属(如Pt)的过度依赖导致制氢成本高昂，限制了碱性电解制氢的规模应用。因此，探索低成本的碱性HER电催化剂以促进OH–H键断裂以产生质子，对于提高碱性HER的效率是非常可行的，但这仍然是一项严峻的挑战。
最近，单原子/纳米团簇（SACs/NCs）催化剂在电催化领域得到了广泛的关注，因为它们具有高效的原子利用率、可调节的配位环境和纳米簇与原子间的强相互作用。然而，由于高表面自由能，SACs/NCs在反应条件下往往会发生金属聚集和活性位点失活现象。因此，开发合适的载体材料来解决SACs/NCs的溶出和失活至关重要。
研究表明：引入二维过渡金属硫化物摩尔超晶格作为载体不仅能调节活性位点的电子结构，而且还能利用强电子金属–载体相互作用促进反应物、中间产物和生成物的快速扩散，是提高催化剂催化活性和稳定性的有效策略。
2、文章概述：
近日，由中国科学院福建物质结构研究所韩丽丽研究员、淡江大学王孝祖助理教授以及中国科学院物理研究所肖东东副研究员所领导的科研团队在理论指导的基础上，设计并合成了一种纳米多孔WS2摩尔超晶格负载的Au纳米团簇和单原子Ru的电催化剂（Ru1/Aun-2LWS2），旨在提升碱性析氢性能。在碱性条件下，该催化剂呈现出19 mV的低过电位以及35 mV dec–1的塔菲尔斜率。特别是，在阴离子交换膜水电解槽（AEMWE）测试中，该催化剂仅需1.76 V便能实现1 A cm−2的工业电流密度制氢，优于商业Pt/C电极，且能够稳定运行180小时以上，展现出了良好的应用前景。
3、图文导读：
4、结论
该团队设计并合成了纳米多孔WS2摩尔超晶格作为载体，以负载Au纳米团簇和单原子Ru催化剂。在碱性条件下，该催化剂仅需19 mV的过电位即可实现10 mA cm⁻²的析氢电流密度，并展现出35 mV dec⁻¹的低Tafel斜率。同时在1 A cm−2的工业电流密度的下能稳定工作180小时以上。研究成果对于工业级电催化析氢新材料的探索提供了新方法。
该项目研究获得国家重点研发计划（2022YFA1505700）、国家自然科学基金（22475214, 22205232, 22308063, 22178072和21878078）和中国博士后科学基金（(2023M733492）等项目的资助，谨此感谢。
论文信息：
WS2 Moiré Superlattices Supporting Au Nanoclusters and Isolated Ru to Boost Hydrogen Production.
Dechao Chen, Tianyu Gao, Zengxi Wei, Mengjia Wang, Yingfei Ma, Dongdong Xiao*, Changsheng Cao, Cheng-You Lee, Pan Liu, Dengchao Wang, Shuangliang Zhao, Hsiao-Tsu Wang*, Lili Han*
Advanced Materials
DOI: 10.1002/adma.202410537
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Advanced Materials
期刊简介
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