研究背景
钌（Ru）作为一种低成本的铱替代品，在质子交换膜水电解槽（PEMWE）中被认为是理想的阳极电催化剂。然而，报道的钌基催化剂通常只能在PEMWE中工作数十小时，因为其固有的高晶格氧反应活性，导致不可抑制的钌浸出和结构崩塌。
本文要点
1. 报道一种设计理念，通过采用大尺寸和耐酸的晶格铅（Pb）作为第二元素来诱导钉扎效应，有效地缩小氧原子移动通道，从而降低晶格氧在Ru氧化物中的反应性。
2. Pb-RuO2催化剂在10 mA cm−2下的过电位为188±2 mV，在酸性介质中可维持1100 h以上，降解率为19 μV h−1，可以忽略。特别是，基于Pb-RuO2的PEMWE可以在500 mA cm−2下工作超过250 h，降解率仅为17 μV h−1。
3. 实验和理论计算结果表明，由于独特的6s-2p-4d轨道杂化，Ru-O共价降低，增加了晶格氧的损失能，抑制了Ru的过度氧化，提高了PEMWE中的长期稳定性。
图文内容
Fig. 1. Schematic diagram of the enhanced stability caused by the pinning effect of lattice Pb.
Fig. 2. Atomic and fine structure characterization of the Pb-RuO2 catalyst.
Fig. 4. OER mechanism of Pb-RuO2.
Fig. 5. DFT calculations of electronic structure.
Fig. 6. The performance of Pb-RuO2 catalyst-based PEMWE.
（图片来源：Nat. Commun.）
文献信息
Chenhui Zhou, Mingchuan Luo*, Shaojun Guo* et al. Pinning effect of lattice Pb suppressing lattice oxygen reactivity of Pb-RuO2 enables stable industrial-level electrolysis.Nat. Commun. 2024.
DOI：10.1038/s41467-024-53905-y
https://doi.org/10.1038/s41467-024-53905-y
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