Ruthenium (Ru)‐based hydrogen evolution reaction (HER) electrocatalysts are promising candidates for assembling high‐performance anion exchange membrane water electrolyzer (AEMWE) while their intrinsic activities are restricted due to the strong Ru─H bond strength. Herein, we present the synthesis and stabilization of electron‐deficient Ru nanoclusters on oxygen‐functionalized carbon nanotube (Ru/O‐CNT) via strong electronic metal‐support interaction (EMSI) toward highly efficient and stable alkaline HER. A scalable high‐temperature shock method is used to anchor Ru nanoclusters on O‐CNT, which suppresses the aggregation of Ru clusters and the loss of O anion during synthesis, thus strengthening the EMSI between the two components via Ru–O–C link. The strong EMSI helps to stabilize Ru at electron‐deficient state at reductive potentials and optimizes the Ru─H bond strength. Consequently, Ru/O‐CNT delivers outstanding performances for alkaline HER with a small overpotential of 10 mV at 10 mA cm−2, which is superior to the benchmark Pt/C and most reported Ru‐based electrocatalysts. More impressively, an AEMWE assembled with Ru/O‐CNT as cathode achieves high current densities of 1 and 5 A cm−2 at low cell voltages of 1.68 and 2.09 V, respectively, at a Ru mass loading of only 20 µg cm−2.

中文翻译：

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通过强电子金属支撑相互作用稳定缺电子的 Ru 纳米团簇，用于实用的阴离子交换膜电解槽


钌 （Ru） 基析氢反应 （HER） 电催化剂是组装高性能阴离子交换膜水电解槽 （AEMWE） 的有前途的候选者，但由于其强大的 Ru─H 键强度，其本征活性受到限制。在本文中，我们提出了通过强电子金属载体相互作用 （EMSI） 在氧功能化碳纳米管 （Ru/O-CNT） 上合成和稳定缺电子的 Ru 纳米团簇，以实现高效和稳定的碱性 HER。采用可扩展的高温冲击方法将 Ru 纳米簇锚定在 O-CNT 上，从而抑制合成过程中 Ru 簇的聚集和 O 阴离子的损失，从而通过 Ru-O-C 键加强两个组分之间的 EMSI。强 EMSI 有助于在还原电位下稳定处于缺电子状态的 Ru，并优化 Ru─H 键强度。因此，Ru/O-CNT 为碱性 HER 提供了出色的性能，在 10 mA cm-2 处具有 10 mV 的小过电位，优于基准 Pt/C 和大多数报道的 Ru 基电催化剂。更令人印象深刻的是，以 Ru/O-CNT 作为阴极组装的 AEMWE 在 1.68 V 和 2.09 V 的低电池电压下分别实现了 1 和 5 A cm-2 的高电流密度，而 Ru 质量负载仅为 20 μg cm-2。