目前，寻求开发清洁和可再生能源以取代传统的矿物燃料是一项紧迫的任务。氢气因其固有的优点被认为是新能源发展的希望之星。水电解制氢因其原料仅为水、设备简单、应用条件较为灵活，以及与可再生能源的可行结合而具有广阔的应用前景。迄今为止，铂族金属因其低过电位和快速反应动力学被认为是最先进的HER电催化材料。然而，这种金属的稀缺性和高昂的成本极大地阻碍了其作为水电解析氢电催化剂的大规模应用。近日，王科峰博士通过浸渍-原位还原的方法，用Ru修饰支撑在泡沫镍表面垂直排列的Ni3S2纳米棒阵列（Ru@Ni3S2）。由于Ni3S2和Ru之间的协同作用，获得的Ru@Ni3S2在碱性介质中呈现出卓越的HER性能，仅需要19.8 mV的过电位就可达到10 mA cm-2的电流密度，相应的Tafel斜率为33.2 mV dec-1。DFT计算结果表明Ru@Ni3S2卓越的HER性能主要是由于Ni3S2和Ru之间的协同效用，这种协同效应使得水解离的能垒降低，同时也使H*具有更有利的吸附/解吸行为。
系统的研究表明通过原位还原反应形成的Ru纳米粒子和吸附的Ru3+均可作为HER反应的活性中心，但是在长期的稳定性测试中，Ni3S2纳米棒表面吸附的Ru3+会转化为Ru(OH)3，导致电催化活性减弱。因此，Ru@Ni3S2在长时间进行HER反应过程中未能表现出良好的稳定性。为此，作者采用聚苯胺（PANI）对催化剂进行表面改性，可以在不牺牲催化剂整体催化活性的情况下大大提高催化剂的长期运行稳定性。所获得的 PANI-Ru@Ni3S2具有与Ru@Ni3S2相当的HER催化活性，并且呈现出优异的电化学稳定性，能够在电流密度为20 mA cm-2的条件下连续进行HER反应长达35 h。本工作为贵金属/金属硫化物复合材料的合成及其稳定性提高提供了一种简便的方法，在电催化和其他能源及环境相关反应中具有潜在的应用前景。
近日，这一研究结果以“Ru@Ni3S2 Nanorod Arrays as Highly Efficient Electrocatalysts for Alkaline Hydrogen Evolution Reaction”为题发表在《Inorganic Chemistry Frontiers》，商丘师范学院作为唯一通讯单位，我校与郑州大学联合培养硕士研究生李彬参与了本工作的相关实验，王科峰博士和瞿鹏教授为通讯作者，该工作受到国家自然科学基金、商丘师范学院科研启动经费、河南省高校科技创新团队支持计划、河南省高校科技创新人才支持计划的支持。
文章链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/qi/d2qi00673a
期刊简介：Inorganic Chemistry Frontiers由中国化学会、北京大学化学与分子工程学院与英国皇家化学会合作出版，目前为中科院分区大类学科一区，2020年影响因子为6.569。
