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原因揭示，稳定了！Science发表四川大学/加州理工学院最新电化学科研成果！

文摘   2025-01-07 09:30   上海  

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01

论文拟解决的关键挑战：

在质子交换膜水电解槽中，工业上使用的析氧反应的氧化铱(IrO2)催化剂稀少且成本高。虽然氧化钌(RuO2)是一种很有前途的替代品，但其稳定性较差阻碍了其实际应用。

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02

图文简介：

针对上述挑战，四川大学的康毅进教授和加州理工学院的William Goddard III院士等人在Science发表论文，该团队在OER过程中观察到RuO2电催化剂的结构依赖性腐蚀，这种腐蚀是RuO2电催化剂稳定性较差(即Ru的溶解)的直接原因。作者发现，将Ta掺杂到RuO2中，既提高了RuO2对OER的本征活性，抑制了RuO2的腐蚀，同时也缓解了Ru在电解水中的溶解，显著提高了电催化剂的稳定性。

作者通过研究具有选定晶向的RuO2的扩展表面，以研究OER中的结构-性能相关性，由此确定了RuO2的结构依赖性腐蚀是导致其低稳定性和低活性的原因。为了理解Ta如何提高性能和稳定性的原子起源，作者还进行了巨正则量子力学(GCQM)计算，以描述作为应用势函数的机制和稳定性。

基于从这些QM中获得的知识和对RuO2良好扩展表面的实验研究，作者合成了纳米颗粒Ta - RuO2电催化剂，并在工业规模的膜电极组件(MEA)中展示了性能。Ta - RuO2电催化剂表现出接近IrO2的稳定性，在2800小时的测试中，其性能衰减速率约为每小时14微伏。在1A cm-2的电流密度下，其过电位比IrO2低330毫伏，具有更理想的OER活性。

此外，作者还完整展示了如何从太阳能以高达兆瓦的速率生产氢气，以供应加氢站。本研究为设计交换膜电解水(PEM-WE)的电催化剂提供了一个极具吸引力的方案。

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