图1：反应机理设计
(a)交换相互作用图。(b)Ru-MnO2和MnO2的态密度(DOS)。(c)Ru掺杂前后能带结构变化。绿色箭头表示MnO6八面体的水平延伸变形。
图2：电极材料的制备与表征
(a)添加和不添加Ru掺杂的MnO2模型，以显示Mn-O键的延伸。(b)Ru-MnO2和MnO2的拉曼光谱。(c)Ru-MnO2和MnO2的XRD谱图。(d)Ru-MnO2的EELS模式。(e,f)Ru-MnO2晶体结构的高分辨率HAADF-STEM图像，其中Mn原子为紫色，O原子为红色。(g)Ru-MnO2和MnO2的HAADF-STEM图像上得到的元素强度分布。(h)Ru-MnO2的EDS制图结果。
图3：自旋相关电子结构表征
(a)Ru-MnO2和MnO2的磁滞回线。(b)Ru-MnO2和MnO2的EPR谱。(c)Ru-MnO2和MnO2的O k边XAS光谱。(d)Ru-MnO2和MnO2的高分辨率O 1s光谱。(e)Ru-MnO2和MnO2的EELS谱。(f,g)Ru-MnO2和MnO2的Bader电荷分布图。(h)Ru-MnO2和MnO2中的M…M距离(M为过渡金属氧化物)。
图4：Ru-MnO2和MnO2阴极的电化学性能
(a)扫描速率为0.1 mV s-1时Ru-MnO2和MnO2阴极的CV曲线。(b)电流密度为0.2 A g-1时Ru-MnO2和MnO2阴极的充放电电压分布图。(c)在0.2 A g-1~5.0 A g-1电流密度下Ru-MnO2和MnO2阴极的速率性能。(d)不同电流密度下Ru-MnO2和MnO2阴极的容量保持比。(e)Ru-MnO2阴极在0.1 mV s-1下的初始5次CV曲线。(f)在0.2 A g-1条件下，第10次循环后Ru-MnO2和MnO2的H+插层贡献及相应比容量。(g)对比分析：Ru-MnO2阴极与以往研究。(h)Ru-MnO2阴极在1.0 A g-1下的循环稳定性。
图5：动力学机理和电荷传递机理的实验分析
(a)根据Ru-MnO2在特定峰值电流下的log i和log v图确定b值。(b)Ru-MnO2和MnO2阴极的Nyquist图。(c)GITT计算的Ru-MnO2和MnO2阴极的离子扩散系数。(d)Ru-MnO2和MnO2的H+扩散能垒。(e)Ru-MnO2和(f)MnO2阴极在不同充放电过程中的原位拉曼光谱。(g)MnO2和(h)Ru-MnO2阴极在不同充放电过程中的Mn l3边缘。(i)Ru-MnO2阴极的原位XRD与相应的GCD曲线相关。
图6：来自理论计算的见解
(a)(左)MnO2和(右)Ru-MnO2的代表性过渡金属八面体位-COHP分析。(b)Ru-MnO2和(e)MnO2的二维电子定位函数。(c)Ru-MnO2和MnO2的H+吸附能与O p波段展宽的关系。(d)QSEI对O和H原子键能的调制图。(f)基于二维模型的Ru-MnO2计算流体动力学模拟。
