a) Ti 2p和Ru 3p和b) Ru 3d的高分辨率XPS峰；c) RuCo/TiO2 NTs、Ru/TiO2 NTs和Ru箔的XANES光谱；d) Ru k边吸收能E0与RuCo/TiO2 NTs、Ru/TiO2 NTs、Ru箔和RuO2的价态关系；e) RuCo/TiO2 NTs、Ru/TiO2 NTs和Ru箔的Ru k边EXAFS光谱的傅里叶变换；f) RuCo/TiO2 NTs和Ru箔的k3加权EXAFS光谱的小波变换。
开发高效、耐用的双功能电催化剂是实现酸性水裂解制氢的必要条件。本文报道了一种负载TiO2纳米管的共掺杂Ru纳米颗粒催化剂（RuCo/TiO2 NTs），在酸性析氧反应（OER）和析氢反应（HER）中表现出优异的活性和稳定性。Co的掺入增强了Ru─O─Ti的键合，增强了Ru纳米粒子与TiO2 NTs之间的金属载体相互作用，有效地稳定了OER过程中的Ru物质，并引发了氢溢出，加速了HER动力学。因此，RuCo/TiO2 NTs催化剂只需要156 mV的OER过电位和17 mV的HER过电位就可以实现10 mA cm−2的电流密度，在酸性条件下稳定性超过500小时。更重要的是，得益于优异的双功能活性，由RuCo/TiO2 NTs组装的质子交换膜电解质具有优异的活性和稳健的稳定性（1000 h）。本工作为高效能量转换装置开辟了新的途径。
a) RuCo/TiO2纳米管的合成示意图；b) TiO2 NTs、Ru/TiO2 NTs和RuCo/TiO2 NTs的XRD谱图；c) RuCo/TiO2纳米管的SEM截面图；d,e) TEM图像，f,g)相应的IFFT图像，h) RuCo/TiO2 NTs的SAED模式；i) RuCo/TiO2纳米管的EDX-mapping图像。
a) 0.5 M H2SO4中RuCo/TiO2 NTs、Ru/TiO2 NTs、Co/TiO2 NTs和商用RuO2的OER极化曲线；b) 10、100和500 A cm−2向OER方向的过电位比较；c)相应催化剂对OER的Tafel图；d) 0.5 M H2SO4中RuCo/TiO2 NTs、Ru/TiO2 NTs、Co/TiO2 NTs和商用Pt/C的HER极化曲线；e) 10、100和500 A cm−2向HER的过电位比较；f)相应催化剂的Tafel图；g)与最近报道的OER和HER催化剂在0.5 M H2SO4中10 mA cm−2的过电位比较；h,i)对应催化剂在0.5 M H2SO4中(h) 10 mA cm−2和(i)−10 mA cm−2时的时间电位曲线。
a)1.0 ~ 1.5 VAg/AgCl范围内的RuCo/TiO2纳米管原位ATR-SEIRAS三维网格图；(b) RuCo/TiO2 NTs和(c) Ru/TiO2 NTs在1.0 ~ 1.5 VAg/AgCl向OER方向的原位拉曼光谱；d - f) (d) RuCo/TiO2 NTs, (e) Ru/TiO2 NTs, (f) TiO2 NTs在0 ~ - 0.5 VAg/AgCl方向上的原位拉曼光谱。
(a) RuCo/TiO2 NTs和(b) Ru/TiO2 NTs在1.2 V vsAg/AgCl的原位拉曼光谱，以及(a) RuCo/TiO2 NTs OER和(b) OER为1.0至1.5 V vs Ag/AgCl后100 h的Ru/TiO2 NTs的原位拉曼光谱；c,d)电解时间为- 0.3 VAg/AgCl时(c) RuCo/TiO2 NTs和(d) Ru/TiO2的原位拉曼光谱，以及(c)从0到- 0.5 V vs Ag/AgCl 100 h后的RuCo/TiO2 NTs和(d) Ru/TiO2 NTs的原位拉曼光谱；e) Cφ在不同过电位下的拟合数据，f) EIS导出的Tafel图，g)扫描速率为50 mV s−1的RuCo/TiO2 NTs、Ru/TiO2 NTs、TiO2 NTs和Pt/C的CV。
a)计算RuCo/TiO2纳米管和Ru/TiO2纳米管上HER的自由能图；b)计算RuCo/TiO2纳米管、Ru/TiO2纳米管和TiO2纳米管上OER的自由能图；c) RuCo/TiO2 NTs、Ru/TiO2 NTs和TiO2 NTs的最强成键轨道的PDOS；d,e) (d) RuCo-TiO2界面和(e) Ti位中RuCo/TiO2 NTs的电荷密度差；f) RuCo/TiO2纳米管的电子定位函数；g,h) (g) Ru-Co和(h) Ru-Ru在RuCo/TiO2 NTs上的ICOHP；i) Ru的RuCo/TiO2 NTs和Ru/TiO2 NTs的平均能量。
a) 0.5 M H2SO4中RuCo/TiO2 NTs‖RuCo/TiO2 NTs、Ru/TiO2 NTs‖Ru/TiO2 NTs、Pt/C‖RuO2的极化曲线；b) 10 mA cm−2条件下RuCo/TiO2纳米管所需电压与已有电催化剂在0.5 M H2SO4条件下的比较；c)相应催化剂在0.5 m H2SO4中的计时电位曲线。
综上所述，我们构建了一种RuCo/TiO2 NTs电催化剂，用于高效耐用的酸电解，用于全水解。RuCo/TiO2 NTs催化剂对HER和OER的过电位分别为17 mV和156 mV，电流密度分别为10 mA cm−2，稳定耐久性超过500 h。分析表明，Co的引入调节了Ru位点的键合强度，稳定了物质，增强了Ru和负载型TiO2 NTs之间的金属载体相互作用。此外，它促进了Ru和TiO2之间的氢溢出现象，加速了HER动力学。更重要的是，RuCo/TiO2纳米管上的水分解电池可以在酸性电解质中工作超过1000 h。该研究为酸性条件下高效水解催化剂的设计提供了一种有希望的策略。
Electronic Modulation of RuCo Catalysts on TiO2 Nanotubes Promoting Durable Acidic Overall Water Splitting - Chen - Advanced Energy Materials - Wiley Online Library
https://doi.org/10.1002/aenm.202403067
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