Facile synthesis of Ru nanoclusters embedded in carbonaceous shells for hydrogen evolution reaction in alkaline and acidic media

Autor(es)

Khalid, Mohmmad ; Fonseca, Henrique A. B. ; Verga, Lucas G. ; Hatshan, Mohammad Rafe ; Da Silva, Juarez L. F. ; Varela, Hamilton ; Shahgaldi, Samaneh

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: JOURNAL OF ELECTROANALYTICAL CHEMISTRY; v. 929, p. 10-pg., 2023-01-04.

Resumo

Exploring effective electrocatalyst with low-cost for hydrogen evolution reaction (HER) is highly desirable for commercial hydrogen production. Herein, a heterogeneous nanostructured catalyst is synthesized by implanting Ru nanoclusters into N and S co-doped carbonaceous shell using a simple thermal condensation of glucose and thiourea with ruthenium chloride precursors followed by carbonization. Due to the unique structural design and synergistic effect of Ru nanoclusters embedded in N, S co-doped carbonaceous shell (NSC), the compositionally tuned catalyst (Ru/NSC-200) tends to show HER activity with overpotentials of 50 and 110 mV at 10 mA cm-2 current density in 1 M KOH and 1 M KHCO3 solutions, respectively. The catalyst exhibits mass activity of 10- and 1.2-times greater than those of commercial Pt/C (20 wt%) in 1 M KOH and 0.5 M H2SO4 solutions, which reveals the techno-economic trait of the catalyst. Density functional theory (DFT) calculations demonstrate that the NSC induces a strong interaction with Ru, facilitating fast electron transfer during the catalysis. This work provides a simple and straightforward approach to develop effective catalyst in the realm of hydrogen evolution reaction. (AU)

• Processo FAPESP: 18/21401-7 - EMU concedido no processo 2017/11631-2: cluster computacional de alto desempenho - ENIAC
• Beneficiário: Juarez Lopes Ferreira da Silva
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Equipamentos Multiusuários
• Processo FAPESP: 17/11631-2 - CINE: desenvolvimento computacional de materiais utilizando simulações atomísticas, meso-escala, multi-física e inteligência artificial para aplicações energéticas
• Beneficiário: Juarez Lopes Ferreira da Silva
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Centros de Pesquisa em Engenharia
• Processo FAPESP: 19/05561-7 - Simulações Mutiescala Aplicadas à Redução do CO2 em Nanopartículas Metálicas: Efeitos de Tamanho das Nanopartículas e Concentração de Adsorvatos
• Beneficiário: Lucas Garcia Verga
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 21/07129-5 - Redução de CO2 em superfícies intermetálicas de Cu-Au: efeitos do ordenamento atômico e concentração de adsorvatos
• Beneficiário: Lucas Garcia Verga
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 21/05728-9 - Investigação teórica de clusters de metais de transição com suporte em materiais 2D como candidatos a catalisadores para a redução de CO2
• Beneficiário: Henrique Alves Bacco Fonseca
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto