The development of an energy-saving hydrogen (H₂) production system and efficient electrocatalysts is of high importance but challenging. Herein, we report the rational design and synthesis of ultrafine ruthenium (Ru) nanoparticles in situ anchored on S,N-codoped carbon nanofibers (Ru@SNCNFs) by an electrospinning-assisted method. For both the hydrogen evolution reaction (HER) and hydrazine oxidation reaction (HzOR), Ru@SNCNFs demonstrate superior catalytic performances compared to a 20% Pt/C catalyst and most Ru-based catalysts in literatures. When Ru@SNCNFs are applied as bifunctional electrocatalysts, an asymmetric fuel cell is constructed by integrating HER in 0.5 M H₂SO₄ and HzOR in 1 M KOH and 0.5 M N₂H₄. Remarkably, it achieves simultaneously H₂ and electricity coproduction by further harvesting the electrochemical neutralization energy. Density functional theory calculations rationalize the metal–support interaction with electron transfer from Ru nanoparticles to S,N-codoped carbon matrix, therefore modifying the binding characteristics of intermediates toward the intrinsic activity enhancement.

中文翻译：

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锚定在 S，N 共掺杂碳纳米纤维上的超细钌纳米颗粒用于 H2 和电力共产


开发节能的氢气 （H₂） 生产系统和高效的电催化剂非常重要，但也具有挑战性。在此，我们报道了通过静电纺丝辅助方法原位锚定在 S，N 共掺杂碳纳米纤维 （Ru@SNCNFs） 上的超细钌 （Ru） 纳米颗粒的合理设计和合成。对于析氢反应 （HER） 和肼氧化反应 （HzOR），与 20% Pt/C 催化剂和文献中的大多数 Ru 基催化剂相比，Ru@SNCNFs表现出优异的催化性能。当Ru@SNCNFs用作双功能电催化剂时，通过将 HER 集成到 0.5 M H₂SO₄ 和 HzOR 中，构建了 1 M KOH 和 0.5 M N₂H₄ 中的 HzOR。值得注意的是，它通过进一步收集电化学中和能同时实现 H₂ 和电的共产。密度泛函理论计算使金属-载体相互作用合理化，电子从 Ru 纳米颗粒转移到 S，N 共掺碳基体，从而改变中间体的结合特性，以实现本征活性增强。