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金屬銅在析氫反應(HER)中的應用受到其低內在活性的嚴重限制，這是由于其表面性質對水解離具有較大的能壘和與H^*的弱結合力。

基于此，韓國先進科學技術研究院Jinwoo Lee和浦項科技大學Jeong Woo Han等報告了一種電子結構工程策略，通過微量摻雜Ru(0.70wt%)來激活惰性Cu以顯著提高HER性能。

與H*結合力較弱的Cu不同，Ru具有很強的氫吸附能力，通過在Cu中摻雜少量的Ru，可以優(yōu)化Cu和H原子之間的相互作用，進一步提高HER的內在催化活性。

實驗結果表明，Ru摻雜劑能夠從Cu中吸引電子并調整其表面性質，這降低了堿性HER過程中水解離過程的能壘，并優(yōu)化了酸性HER過程中與H^*的結合能。與純Cu相比，摻雜Ru后，催化劑的H^*結合增強了0.31 eV，更接近Pt的理想值0.15 eV。

在堿性和酸性溶液中，合成的Ru摻雜Cu在10 mA cm^-2電流密度下的HER過電位分別僅為33 mV和34 mV，其還具有優(yōu)異的長期穩(wěn)定性。

這項工作為通過電子結構工程調節(jié)金屬銅的固有HER催化活性提供了一個新的概念，并指導了涉及HER、電化學CO₂還原和氮還原電催化過程的催化劑的設計。

Activation of Inert Copper for Significantly Enhanced Hydrogen Evolution Behaviors by Trace Ruthenium Doping. Nano Energy, 2021. DOI:10.1016/j.nanoen.2021.106763

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