Publication detail

Enhancing Alkaline Hydrogen Evolution Reaction on Ru-Decorated TiO2 Nanotube Layers: Synergistic Role of Ti3+, Ru Single Atoms and Ru Nanoparticles

Year: 2025

Type of publication: článek v odborném periodiku

Name of source: Energy and Environmental Materials

Page from-to: e12864

Titles:

Language	Name	Abstract	Keywords
cze	Zlepšení alkalické reakce vývoje vodíku na TiO2 nanotrubicových vrstvách dekorovaných rutheniem: synergická role Ti3+, jednotlivých atomů Ru a Ru nanočástic	Synergické interakce zahrnující aktivní centra pocházejících z nanotrubicových vrstev TiO2 (TNT) a ruthenia (Ru), tvořených jak jednotlivými atomy, tak nanočásticemi, zesilují alkalickou reakci vývoje vodíku (HER) zrychlením Volmerovy kinetiky díky rychlé disociaci vody a zlepšením Tafelovy kinetiky prostřednictvím efektivní desorpce H*. Depozice Ru metodou depozice atomárních vrstev (ALD) s 50 depozičními cykly vede ke vzniku směsi jednotlivých atomů Ru a nanočástic o velikosti 2,8 ± 0,4 nm přítomných na vrstvách TNT, přičemž tento systém vykazuje nejvyšší HER aktivitu ze všech připravených elektrod. Podrobná analýza druhů Ti a Ru pomocí různých vysokorozlišovacích technik potvrdila přítomnost stavů Ti3+ a souběžnou existenci jednotlivých atomů Ru a Ru nanočástic. Na základě poznatků z literatury byla rozpracována a zdůvodněna role Ti3+, vhodných výstupních prací vrstev TNT a Ru, jakož i synergický efekt jednotlivých atomů Ru a Ru nanočástic při zlepšování výkonu alkalické HER. Uvedené charakteristiky vedly k mimořádnému výkonu, charakterizovanému náběhovým potenciálem 9 mV, Tafelovým sklonem 33 mV·dec-1 a zvýšenou frekvencí obratu 1,72 H2 s-1 při přepětí 30 mV. Kromě toho vykazuje systém TNT@Ru výraznou stabilitu, doloženou 28hodinovým stupňovitým chronopotenciometrickým měřením, přičemž ve srovnání překonává TNT@Pt.	nanotrubicové vrstvy TiO2; alkalická reakce vývoje vodíku; jednotlivé atomy ruthenia; nanočástice ruthenia; disociace vody
eng	Enhancing Alkaline Hydrogen Evolution Reaction on Ru-Decorated TiO2 Nanotube Layers: Synergistic Role of Ti3+, Ru Single Atoms and Ru Nanoparticles	Synergistic interplays involving multiple active centers originating from TiO2 nanotube layers (TNT) and ruthenium (Ru) species comprising of both single atoms (SAs) and nanoparticles (NPs) augment the alkaline hydrogen evolution reaction (HER) by enhancing Volmer kinetics from rapid water dissociation and improving Tafel kinetics from efficient H* desorption. Atomic Layer Deposition of Ru with 50 process cycles results in a mixture of Ru SAs and 2.8 ± 0.4 nm NPs present on TNT layers, and it emerges with the highest HER activity among all the electrodes synthesized. A detailed study of the Ti and Ru species using different high-resolution techniques confirmed the presence of Ti3+ states and the coexistence of Ru SAs and NPs. With insights from literature, the role of Ti3+, appropriate work functions of TNT layers and Ru, and the synergistic effect of Ru SAs and Ru NPs in improving the performance of alkaline HER was elaborated and justified. The aforementioned characteristics led to a remarkable performance by having 9 mV onset potentials and 33 mV dec-1 of Tafel slopes and a higher turnover frequency of 1.72 H2 s-1 at 30 mV. Besides, a notable stability from 28 h staircase chronopotentiometric measurements for TNT@Ru surpasses TNT@Pt in comparison.	TiO2 nanotube layers; alkaline hydrogen evolution reaction; ruthenium single atoms; ruthenium nanoparticles; water dissociation

Search

Login for students

Login for employees

Publication detail

Departments

Other Parts

Map

Services

Popular Links