北京化工大学&云南贵金属实验室，发表AM
学术
2024-12-07 16:36
广东
与其他过渡金属(如Fe、Co和Ni等)氧化物相比，钌(Ru)或铱(Ir)基氧化物对动力学缓慢的酸性析氧反应(OER)表现出优异的催化活性和稳定性，目前已广泛应用于质子交换膜电解(PEMWE)领域。在过去的几十年中，利用各种过渡金属掺杂剂来诱导具有不同电子和几何特征的氧化物是进一步改善氧化物如NiRuO2、MnRuO2、ZnRuO2和NdRuO2性能的可行策略。然而，上述常见的过渡金属掺杂剂与Ru和Ir的原子尺寸和d带电子几乎相似，这严重限制了设计OER氧化物催化剂的结构或活性原子集合体的灵活性。近日，北京化工大学刘景军和云南贵金属实验室刘锋等采用原位同构取代法制备了具有密度可控氧空位(Ov)的金红石型InSnRuO2氧化物。其中，p区金属铟(In)为Ov发生器(低氧化态In离子通过电荷补偿诱导大量正电荷Ov形态)，邻近金属离子(Sn或Ru)为电子给体，在四组分氧化物中形成有序配位的In-Ov-Ru-O-Sn亚结构。Ov电子极化子稳定的In-Ov-Ru-O-Sn亚结构具有高度有序和不对称的特性，它协同激活了氧和邻近Ru位点的能带结构，实现更快的OH吸附和更容易的去质子化，进而提高了OER动力学。更重要的是，Ov电子极化子降低了氧化物的熵和焓，通过增加晶格原子的扩散能垒有效地阻碍了Ru原子的浸出，实现了氧化物的长期稳定性。对于酸性水氧化，获得的InSnRuO2催化剂在10 mA cm-2电流密度下的过电位仅为183 mV，质量活性为103.02 A mgRu-1。对于PEMWE的长期稳定性测试，InSnRuO2可以在1.56 V的低电池电位(50 mA cm-2)下运行200小时，远远超过IrO2||Pt/C。在纯水作为电解质的PEMWE中，InSnRuO2在1.66 V下的电流密度为1.0 A cm-2；并且，随着电流的增加(甚至逐步从1增加到5 A cm-2)，电池电压能够一直保持稳定。综上，该项工作证实通过再分配晶格电荷形成的极化子不仅可以改变催化环境，而且可以在InSnRuO2氧化物中引发异常的原子集合体，从而改善本征催化性能。Oxygen vacancy-electron polarons featured InSnRuO2 oxides: orderly and concerted In-Ov-Ru-O-Sn substructures for acidic water oxidation. Advanced Materials, 2024. DOI: 10.1002/adma.202414579高端测试，找华算 ！同步辐射全球机时三代光源，机时充裕，保质保量，最快一周出结果！👉 限时特惠项目：XPS、红外、SEM、SEM云视频、ICP元素分析、EPR、BET、压汞......低至30元/样起！🏅 500+博士团队护航，助力20000+研究在Nature&Science正刊及子刊、Angew、AFM、JACS等顶级期刊发表！![]()
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