开发高活性且稳定的酸性析氧反应（OER）催化剂对于高效的水分解过程至关重要，但这一领域仍然充满挑战。在此，我们报告了一种高度有序的RuO2/WO3反蛋白石（IOs）催化剂，旨在解决活性与稳定性之间此消彼长的瓶颈问题。在这种催化剂中，结晶且耐腐蚀的WO3促进了电子的传输并稳定了RuO2，而由晶格失配诱导的非晶主导RuO2提供了丰富的未饱和配位点，从而增强了酸性OER的活性。
因此，RuO2/WO3 IOs催化剂在酸性OER性能方面表现出色，仅需180mV的低过电位即可达到10 mA·cm^-2的电流密度，并且在连续100小时的测试中展现出优异的稳定性。实验表征和密度泛函理论计算揭示，WO3与RuO2之间的界面耦合可以增强电子的自旋极化，并增加活性金属的Ru d轨道与氧中间体的O p轨道之间电子投影态密度的重叠，从而促进OER路径从晶格氧机制向吸附物演化机制的转变，这显著降低了OER过程的反应能垒。同时，异质结构中的丰富氧空位和WO3支撑可以抑制Ru物种的过度氧化，从而同时提高活性和稳定性。
- 能源需求与电催化：随着全球能源需求的不断增长，开发高效、稳定的电催化剂对于推动清洁能源转换技术（如电解水制氢）至关重要。
- 氧析出反应挑战：氧析出反应（OER）是电解水过程中的一个关键步骤，但因其较高的过电位和复杂的反应机制，成为制约电解水效率的关键因素之一。
- RuO2与WO3的优势：RuO2和WO3作为两种具有潜力的OER催化剂，各自具有独特的物理化学性质，但其性能仍有提升空间。
- 02 研究目的
- 制备复合催化剂：通过合理设计，制备出具有高活性、高稳定性的RuO2/WO3复合氧化物催化剂。
- 性能优化：优化催化剂的组成和结构，以提高其OER催化性能。
- 催化机制探索：通过理论计算和实验验证，深入理解RuO2/WO3复合氧化物在OER过程中的催化机制。
- 03 研究方法
- 催化剂制备：采用湿化学法，在碳布上制备RuO2/WO3复合氧化物催化剂。
- 材料表征：利用SEM、TEM、XRD、XPS等手段对催化剂的形貌、结构和组成进行表征。
- 性能测试：通过电化学测试（如LSV曲线、EIS阻抗谱等）评估催化剂的OER性能。
- 理论计算：利用密度泛函理论（DFT）等计算方法，探索催化剂的电子结构和催化机制。
04 图文导读 05 结论
- 性能提升：RuO2/WO3复合氧化物催化剂展现出优异的OER性能，具有较高的催化活性和稳定性。
- 协同效应：研究表明，RuO2和WO3之间存在协同效应，优化了催化剂的电子结构和表面性质，从而提高了催化性能。
- 催化机制：通过理论计算和实验验证，揭示了催化剂在OER过程中的关键步骤和活性位点。
- 06 意义
推动清洁能源技术：本研究为开发高效、稳定的OER电催化剂提供了新的思路和方法，有助于推动清洁能源转换技术的发展。
促进材料科学进步：通过对RuO2/WO3复合氧化物催化剂的深入研究，促进了材料科学在电催化领域的发展。
指导未来研究：本研究为相关领域的研究人员提供了有价值的参考和启示，有助于指导未来的研究方向和实验设计。
综上所述，该研究通过制备和优化RuO2/WO3复合氧化物催化剂，深入探索了其OER催化性能和机制，为清洁能源技术的发展和材料科学的研究做出了重要贡献。
