Nitrogen Doped Ultra-thin Carbon Nanosheet Composited Platinum-ruthenium Single Atom Alloy Catalyst for Promoting Electrochemical Hydrogen Evolution Process

doi:10.7503/cjcu20220366

Abstract

Abstract:

In order to reduce the amount of precious metals， reduce costs and increase the possibility of large-scale production， the construction of single atom alloy（SAA） is a very feasible solution. Herein， an electrocatalyst with ultra-small PtRu single atom alloy species evenly dispersed on nitrogen doped ultra-thin carbon nanosheets（PtRu SAA/NC） was designed， and its structure was confirmed by synchrotron-radiation-based X-ray absorption fine structure（XAFS） spectroscopy. Compared with pure Ru clusters and nitrogen doped carbon sheets， the PtRu SAA/NC possesses higher hydrogen evolution reaction（HER） catalytic activity and exceptional stability， which exhibits a small Tafel slope of 43 mV/dec and a low overpotential of 54 mV at 10 mA/cm² during HER in 0.5 mol/L H₂SO₄ solution. The design of this low-cost and high-efficiency single atom alloy catalyst provides a new research direction for the development of clean energy structure conversion.

Key words: Single-atom alloys catalyst, Nitrogen doped ultra-thin carbon nanosheets, Electrochemical hydrogen evolution, Electrocatalyst

CLC Number:

O646

TrendMD:

FAN Jianling, TANG Hao, QIN Fengjuan, XU Wenjing, GU Hongfei, PEI Jiajing, CEHN Wenxing. Nitrogen Doped Ultra-thin Carbon Nanosheet Composited Platinum-ruthenium Single Atom Alloy Catalyst for Promoting Electrochemical Hydrogen Evolution Process[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(9): 20220366.

Figures/Tables 9

References 34

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Sample	Scattering pair	CN	R/nm	10³σ²/nm²	ΔE₀/eV	R factor
Ru NPs/NC	Ru—Ru	10.8	0.267	0.041	1.5	0.005
PtRu NPs/NC	Pt—O	3.2	0.202	0.052	2.0	0.003
	Pt—Ru	4.8	0.273	0.057	2.0	0.003

Sample	Scattering pair	CN	R/nm	10³σ²/nm²	ΔE₀/eV	R factor
Ru NPs/NC	Ru—Ru	10.8	0.267	0.041	1.5	0.005
PtRu NPs/NC	Pt—O	3.2	0.202	0.052	2.0	0.003
	Pt—Ru	4.8	0.273	0.057	2.0	0.003

Material	Electrolyte	Overpotential/mV	Tafel slope/（mV·dec^-1）	Ref.
PtRu SAA/NC	0.5 mol/L H₂SO₄	54	43	This work
Ru?FeP	0.5 mol/L H₂SO₄	62	45	［14］
Ru SAs?Ni₂P	0.5 mol/L H₂SO₄	125	—	［31］
1D?RuO₂?CN _x	0.5 mol/L H₂SO₄	250	52	［32］
Ru?N/BC	0.5 mol/L H₂SO₄	79	52	［33］
RuSA?N?S?Ti₃C₂T _x	0.5 mol/L H₂SO₄	76	90	［34］

Material	Electrolyte	Overpotential/mV	Tafel slope/（mV·dec^-1）	Ref.
PtRu SAA/NC	0.5 mol/L H₂SO₄	54	43	This work
Ru?FeP	0.5 mol/L H₂SO₄	62	45	［14］
Ru SAs?Ni₂P	0.5 mol/L H₂SO₄	125	—	［31］
1D?RuO₂?CN _x	0.5 mol/L H₂SO₄	250	52	［32］
Ru?N/BC	0.5 mol/L H₂SO₄	79	52	［33］
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