北京化工大学宋宇飞，ACS Catal.！

在碱性HER过程中，在催化剂表面局部结构之外是电极上的动态边界--固体催化剂与周围电解质相互作用的局部界面结构，这个界面有助于控制电子转移和质子还原过程动力学。对催化剂表面结构的操纵显示出了改变电解电解质界面的潜力。对碱性HER中电极-电解质界面的全面研究有限，主要集中在铂(Pt)为主的催化剂体系。在Pt基催化剂上，电极-电解质界面促进了水/质子吸附、电子转移和解吸过程的微妙平衡，这对于碱性环境中的速率决定步骤中起着关键作用。然而，由于Pt的高成本和可用性有限，迫切需要探索有效的替代催化剂材料。最近的研究表明，相对便宜的Ru基电催化剂可以有效催化碱性HER，因为它们与Pt的水结合能力相当。尽管有这些优点，但关于局部结构调控对Ru基催化剂催化界面和性能影响的研究仍然有限。

近日，中国科学技术大学宋礼、江俊和Mou Lihui等采用连续的催化聚合-离子还原-热热解策略合成了Fe合金化的缺陷碳负载的RuFe纳米颗粒(RuFe/FeNC)，其能够高效催化碱性HER。通过电化学、原位ATRIR、原位拉曼、密度泛函理论(DFT)计算和从头算分子动力学(AIMD)模拟，研究了Fe位点对碱性Ru纳米粒子催化界面和表面性能的正调控作用。结果表明，Fe位点可以调节界面水分子的分布，削弱催化剂表面的氢键网络，从而促进了界面水分子的吸附和活化。同时，富电子Ru位点的H吸附动力学优化到接近理想状态，形成了富含水合氢离子的类酸微环境。此外，界面氢氧化物对Fe位点的结合具有较高的亲和力，减轻了氢氧化物在Ru活性位点吸附引起的位点阻塞。随着OH在Fe位点上的吸附，Ru位上水解离的能垒明显降低。

性能测试结果显示，在碱性条件下，RuFe/FeNC催化剂达到10 mA cm-2电流密度所需的HER过电位仅为9.3 mV，在-0.025 VRHE时的周转率(TOF)为1.35 H2 s-1，优于20% Pt/C(35.7 mV，0.21 H2 s-1)。此外，此外，RuFe/FeNC在-0.01 VRHE的电位下连续稳定电解超过40小时，稳定性测试后材料的形貌和结构基本未发生变化，显示出优异的稳定性。总的来说，该项工作克服了碱性HER过程中水解离缓慢、质子供应较少和关键中间体吸附/解吸较差的限制，也为通过掺杂控制界面结构来提高HER性能提供了一个新的视角。

Iron-doped ruthenium with good interfacial environment achieving superior hydrogen evolution activity under alkaline condition. Energy & Environmental Science, 2025. DOI: 10.1039/D4EE05356G