Small：在Ru上富集亲电氧物种用于优化酸性水氧化
学术
2024-12-28 20:40
上海
在酸性OER中，RuO2催化剂是铱基催化剂的潜在替代品。酸性下富质子的环境及Ru的过渡氧化限制了催化剂的活性。如何设计高效稳定的Ru基催化剂是一项具有挑战性的任务。有鉴于此，太原理工大学李晋平教授团队赵强课题组通过引入封端剂的方式制备了丰富晶界的多孔RuO2（porous RuO2）催化剂，用于高效稳定的酸性OER。其中，晶界的参与调节了Ru的价态，减弱了Ru与O的相互作用，有效地促进了*OH的吸附和*OOH的形成。值得注意的是，将制备的porous
RuO2用于酸性OER中取得了创纪录的高催化活性（145 mV, 10 mA cm-2），并且Tafel斜率低至40.9 mV dec-1。此外，在1.5 V可逆氢电极电位下仍具有显著的质量活性332
mA mg-1Ru。更加注意的是，porous RuO2在50天的耐久性测试中表现出极好的稳定性，其降解率仅为26
uV h-1。本研究为开发高效、稳定的Ru基酸性OER电催化剂开辟了一条可行的途径。![]()
（a）porous RuO2制备示意图；（b）particle RuO2的TEM图像与（e和f）HRTEM图像；（c和d）porous RuO2的TEM图像、（g和h）HRTEM图像及（i）EDS图。![]()
porous RuO2和particle RuO2的（a）XRD模式；（b）Raman光谱；（c）氮气吸附等温线；（d）Ru3d/C1s的XPS光谱；（e）XANES光谱和（f）FT-EXAFS光谱。![]()
（a）LSV极化曲线；（b）Tafel斜率；（c）EIS阻抗图；（d）质量活性；（e）比活性；（f）与文献报道的催化剂在10 mA cm−2下的过电位及稳定性时间比较和（g）在10 mA cm-2下的稳定性测试。![]()
porous RuO2和particle RuO2（a-c）在含或不含1
M甲醇的0.5 M硫酸溶液下的LSV极化曲线；（d-e）原位红外测试；（f）同位素18O标记的porous RuO2的电化学质谱信号。综上所述，本研究报道了采用溶剂热和热处理相结合的方法制备丰富晶界的porous RuO2。在0.5 M H2SO4电解液中，porous RuO2只需要145 mV的过电位就可以驱动10 mA cm-2的电流密度，并且在1.5 V vs RHE下具有332 mA mg-1Ru的优异质量活性。结果表明，Ru的结构设计可以调节电荷和微反应环境，促进*OH吸附和*OOH形成，从而提高OER性能。此外，porous RuO2在OER过程中跟随吸附机制，这减轻了Ru的过度氧化并保持了长期稳定性。本研究表明，在RuO2中引入晶界既提高其活性，并提高了RuO2的稳定性，这为理解Ru基催化剂提供了新的见解。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202410311
