Strain Engineering of Ru–Co2Ni Nanoalloy Encapsulated with Carbon Nanotubes for Efficient Anion and Proton Exchange Membrane Water Electrolysis
Source abstract
Abstract
Abstract Alloying atomically dispersed noble metals with earth‐abundant transition metal nanoparticles (NPs) presents a promising approach to enhance the hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) in water electrolysis. However, the challenge remains of reducing the size of the NPs without sacrificing high activity and durability. In this study, Ru–Co2Ni nanoalloy particles (NAPs) encapsulated in nitrogen‐doped carbon nanotubes (NCNTs) are introduced, forming a core‐shell electrocatalyst (Ru–Co2Ni@NCNT). This design leverages Ru site optimization, CNT density control, strain engineering, efficient water dissociation, and outstanding bubble release dynamics within the core‐shell structure. These factors significantly improve catalytic performance with low overpotentials of 35 and 57 mV overpotential in 1.0 m KOH and 0.5 m H2SO4 solutions, respectively, at a current density of 10 mA cm−2. Density functional theory (DFT) calculations reveal that while Ru sites serve as active sites, they also modify the electronic structure of Co and Ni, optimizing their hydrogen adsorption energies and improving HER efficiency. The Ru–Co2Ni@NCNT catalyst is successfully integrated into both anion exchange membrane (AEM) and proton exchange membrane (PEM) electrolyzers, demonstrating stable operation at 0.5 A cm−2 for 500 h, underscoring its potential for efficient and durable hydrogen production.
Source: crossref · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: Electrocatalysts for Energy Conversion · Advanced battery technologies research · Fuel Cells and Related Materials
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
Department of Nano Convergence Engineering Jeonbuk National University Jeonju Jeonbuk 54896 Republic of Korea
Division of Science Education Department of Energy Storage/Conversion Engineering (BK21 FOUR) Jeonbuk National University Jeonju Jeonbuk 54896 Republic of Korea
Carbon Composite Research Center Department of Polymer and Nano Science and Technology Jeonbuk National University Jeonju Jeonbuk 54896 Republic of Korea
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