本文报道了介孔石墨氮化碳(Ir-g-CNandRu-g-CN)上锚定的单原子Ir和Ru的合成，它们可作为析氢反应(HER)的电催化剂和光催化剂。值得注意的是，在0.5MH2SO4和1.0MKOH中，当过电位(η)为mV时，Ru-g-CN的转换频率(TOF)分别为12.9和5.1s-1，优于Ir-g-CN、商用Pt/C基准催化剂和最近报道的许多先进的HER催化剂。在酸性和碱性溶液中，η=mV时，Ru-g-CN的质量活度分别为24.55和8.78Amg-1，同时表现出较高的表观电流密度，有利于实际应用。Ru-g-CN和Ir-g-CN均表现出良好的催化稳定性，在酸性和碱性条件下连续催化HERh，降解量最小。此外，Ru-g-CN用于光催化分解水时，产氢率高达.7mmolg-1h-1，表现出良好的光催化稳定性。我们的密度泛函理论(DFT)计算表明，在g-CN上加载Ir和Ru单原子改变了电子结构，导致带隙减小，电导率提高，促进了催化过程中的电子转移。此外，Ru-g-CN和Ir-g-CN上的氢吸附吉布斯自由能也大大降低，提高了HER性能。

图文

图1像差校正的HAADF-STEM图像(a-c)Ir-g-CN和(d-f)Ru-g-CN。(c)和(f)聚光中的红圈分别代表Ir和Ru单原子

图2(a)XRD谱图，(b)FT-IR谱图，(c)各催化剂的氮吸附-脱附等温线。(d)g-CN，(e)Ir-g-CN和(f)Ru-g-CN催化剂的高分辨率N1s光谱

图3(a)g-CN、Ir-g-CN和Ru-g-CN催化剂的紫外-可见吸收光谱和相应的Tauc谱图(插图)，(b)PL谱图，(c)Mott-Schottky谱图，(d)相应的电子能带结构

图4g-CN、Ir-g-CN和Ru-g-CN催化剂的电催化HER性能。(a,b)LSV曲线。扫描速率:5mvs?1。(c,d)Ir-g-cn和Ru-g-CN与最近报道的其他Ir和ru基催化剂的质量活性和表观活性的综合比较(e,f)?10mAcm?2下的长期催化稳定性测试。数据分别在(a,c,e)0.5MH2SO4和(b,d,f)1.0MKOH中获取

图5原始g-CN、Ir-g-CN和Ru-g-CN催化剂的光催化析氢实验。(a)归一化催化剂质量的H2析出量与光催化反应时间的关系。(b)H2只归一化到贵金属质量与光催化反应时间的关系。(c)质量基析氢速率与TOF值比较。(d)Ir-g-CN和Ru-g-CN在光照下的光催化测试循环次数

图6(a)能带结构，(b)预计态密度，(c)原始g-CN、Ir-g-CN和Ru-gCN催化剂的吉布斯自由能图。

结论

合成了介孔石墨氮化碳负载的单原子Ir和Ru催化剂，可作为电催化和光催化裂化水的高效稳定的HER催化剂。特别是Ru-g-CN在比活度、质量活度和9催化稳定性方面表现出了优异的电催化性能。在0.5MH2SO4和1.0MKOH溶液中，η=mV时，TOF值分别为12.9和5.1s-1，优于Ir-g-CN、Pt/C基准催化剂和近年来报道的许多先进的HER催化剂。此外，Ru-g-CN在酸性和碱性溶液中η=mV时的质量活度分别为24.55和8.78Amg-1，同时表现出较高的表观电流密度，有利于实际应用。令人印象深刻的是，Ru-g-CN还表现出了出色的光催化HER活性，其H2产率高达.7mmolg-1h-1，具有良好的催化稳定性。对于金属负载密度较低的单原子催化剂，应结合实际应用综合评价其催化性能。在不考虑催化剂的表观活性的情况下，不应过分强调催化剂的质量活性。为此，我们的Rug-CN催化剂表现出较高的质量活性，同时具有较高的表观活性。结果表明，在g-CN表面引入Ir或Ru能够促进电子转移，获得最佳的吸附吉布斯自由能。从而显著提高了电催化和光催化的HER性能。

原文链接：

转载请注明:http://www.aideyishus.com/lktp/784.html