電化學(xué)水分解反應(yīng)是一種環(huán)境友好的制氫工藝。鉑基催化劑是目前公認的高活性HER催化劑，然而鉑的儲量少、成本高、穩(wěn)定性差，阻礙了其廣泛應(yīng)用。釕(Ru)的吸附氫強度(65 kcal mol^?1)與鉑相近，并具有較低的水分解能壘和良好的耐久性。最近的研究表明，將Ru納米顆粒(Ru NPs)與陰離子摻雜的碳載體結(jié)合，促進了Ru納米顆粒向陰離子摻雜的碳電子轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)變，減弱了對H的吸附，從而改善了HER的性能。

然而，這種催化劑通常通過金屬-有機框架，碳點或陰離子前體/石墨烯的高溫煅燒獲得，這導(dǎo)致碳載體的表面組成不可預(yù)測，不利于結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系的分析。因此，開發(fā)具有定制結(jié)構(gòu)的新型碳載體以解決上述問題，從而優(yōu)化電催化活性是一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

近日，華中科技大學(xué)李芳芳和彭平等設(shè)計并合成了堿性對HER具有高活性的富勒烯醇C₆₀(OH)₂₄負載的Ru納米粒子異質(zhì)結(jié)構(gòu)(Ru-OC₆₀)。結(jié)構(gòu)表征表明，C₆₀的球形結(jié)構(gòu)提供了一種空間限制效應(yīng)，使Ru納米粒子能夠均勻分散。

實驗結(jié)果和密度泛函理論(DFT)計算表明，C₆₀的吸電子性能誘導(dǎo)了電荷重分布，增強了Ru納米粒子與C₆₀載體的相互作用，導(dǎo)致不同中間體在C₆₀負載的Ru納米粒子上的吸附/解吸效果優(yōu)于石墨烯負載的Ru納米粒子。此外，Ru納米粒子在C₆₀富勒醇上的錨定和限制阻止了Ru納米粒子的聚集，從而確保了催化過程中更好的穩(wěn)定性。

因此，最優(yōu)的Ru-OC₆₀-300催化劑在10 mA cm^?2電流密度下的HER過電位為4.6 mV，Tafel斜率為24.7 mV dec^?1。此外，加速耐久性試驗(ADT)結(jié)果顯示，Ru-OC₆₀-300的在3000次循環(huán)試驗后過電位沒有變化，而商業(yè)Pt/C和Ru-OG-300在10 mA cm^?2電流密度下的過電位分別表現(xiàn)出15.4和14.1 mV的增加。

同時，穩(wěn)定性試驗后的TEM分析顯示Ru-OC₆₀-300的形態(tài)和Ru NPs的尺寸保持不變，沒有觀察到Ru聚集，表明該催化劑具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。綜上，這項工作不僅開發(fā)了一種高活性HER催化劑，而且為開發(fā)新一代富勒烯基催化劑及其它催化劑提供了指導(dǎo)。

C₆₀ Fullerenol to Stabilize and Activate Ru Nanoparticles for Highly Efficient Hydrogen Evolution Reaction in Alkaline Media. ACS Catalysis, 2023. DOI: 10.1021/acscatal.3c01610