《Journal of Alloys and Compounds》：Micropore Anchoring Strategy for Ru Nanoclusters toward Hydrogen Evolution Reaction
编辑推荐：
富氢气氛热解ZIF-8制备氮掺杂碳负载Ru催化剂，通过调控孔隙结构提升活性位点密度，实现16mV@10mA/cm2的超低过电位和43.43A/g的高质量活动性，该策略可扩展至其他Zn-ZIFs材料。
张宇涵|姜林波|姜林涛|李瑞东|龚磊|寇宗奎|穆世春
中国武汉理工大学材料合成与加工先进技术国家重点实验室，武汉430070
摘要
迄今为止，催化剂研究的大部分工作都集中在提高其内在活性上。然而，活性位点的数量同样至关重要，尤其是对于基于贵金属的催化剂而言，因为这直接关系到原子利用率和经济性。本文通过将ZIF-8在H2/Ar气氛中热解，并利用其还原性质促进Zn的还原和挥发，制备出了具有丰富微孔和中孔结构的氮掺杂碳（NC-H2/Ar）。借助微孔的锚定作用，Ru纳米簇在NC-H2/Ar上形成并均匀分散（RuNC-H2/Ar）。由于大量中孔提供的有效质量传输通道以及高Ru分散度，RuNC-H2/Ar的有效活性位点数量是Ar气氛下热解得到的RuNC-Ar的2.92倍。因此，与RuNC-Ar在22 mV的过电势下才能达到10 mA cm-2的氢演化反应（HER）电流密度相比，RuNC-H2/Ar仅需14 mV即可达到相同的电流密度，其质量活性在50 mV时达到43.43 A g-1，分别是RuNC-Ar和商用Pt/C的1.47倍和28.02倍。此外，在碱性海水中，RuNC-H2/Ar的活性仍然很高，仅为16 mV时即可达到10 mA cm-2的电流密度。此外，这种基于H2气氛调节载体孔结构的策略也可以扩展到其他基于锌的沸石咪唑框架（Zn-ZIFs）上。本研究提供了一种既可行又通用的策略，用于优化催化剂的孔结构并增加有效活性位点的数量。
部分摘录
说明
受净零排放目标的驱动，氢作为一种清洁能源载体，正成为替代化石燃料的关键解决方案[1]、[2]、[3]、[4]。水电解制氢具有直接利用可再生能源生产绿色氢气的优势，被视为能源转型的核心技术路径[5]、[6]、[7]。与酸性电解环境相比，碱性介质中的水电解过程可以显著降低腐蚀性。
材料
甲醇和乙醇购自中国医药集团化学试剂有限公司。Zn(NO3)2·6H2、2-甲基咪唑和苯咪唑购自上海阿拉丁生化科技有限公司。KOH和ZnSO4·7H2购自中国医药集团化学试剂有限公司。RuCl3·3H2购自莱彦试剂公司。Nafion溶液（5 wt% D520）购自科慕斯公司。20%的商用Pt/C购自庄信万丰公司。5%的商用Ru/C购自上海...制备和结构表征
样品制备过程如图1a所示。通过改变ZIF-8的热解气氛（图S1）[34]，所得氮掺杂碳的孔结构发生变化，从而实现了不同的Ru负载状态。热解和Ru负载后，样品仍保持ZIF-8的十二面体形态（图1b-e、图S2、图S3a）。EDS显示C、N和Ru元素分布均匀（图1f、图S3b）。高角暗场扫描...结论
总之，本研究通过简单的载体工程成功制备了一种具有高HER性能的催化剂（RuNC-H2/Ar），其具有高密度的活性位点。在ZIF-8的热解过程中，引入H2/Ar还原环境有效促进了金属Zn的生成和挥发，从而在所得氮掺杂碳载体中形成了丰富的介孔和微孔结构。微孔在高分散性的Ru纳米簇形成中发挥了重要作用。
CRediT作者贡献声明
寇宗奎：撰写 – 审稿与编辑，监督。穆世春：撰写 – 审稿与编辑，监督。李瑞东：数据管理。龚磊：数据管理。姜林波：实验研究，数据管理。姜林涛：实验研究，数据管理。张宇涵：初稿撰写，实验研究，数据管理。
CRediT作者贡献声明
Y. Z.和L. J.（姜林波）贡献相同。Y. Z.设计并进行了实验，收集并分析了数据，并撰写了手稿。L. J.协助进行了实验，收集并分析了数据。R. L.和L. G.协助分析了数据。Z. K.和S.M.监督了整个工作并共同撰写了手稿。所有作者讨论了结果并对手稿进行了评论。利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了中国国家重点研发计划（2025YFE0111200）的财政支持。
