郑大「国家优青」团队,发Nature子刊!

摘要:2的Ru-O-Ru对称性可以诱导电荷重排并改变活性Ru原子的d带中心,导致OER活性的显著增加。此外,利用抗腐蚀元素设计Ru-O-M结构基序来稳定RuO

2的Ru-O-Ru对称性可以诱导电荷重排并改变活性Ru原子的d带中心,导致OER活性的显著增加。此外,利用抗腐蚀元素设计Ru-O-M结构基序来稳定RuO2并改变Ru-O键的性质,可以有效地防止Ru在OER中的过氧化和溶解。

这种改进的稳定性通常是通过牺牲活性来实现的。一般来说,Ru-O键共价的降低阻止了晶格氧参与OER;然而,对于OER过程由AEM主导的催化剂来说,由于上述线性标度关系的限制,这导致了相对较高的过电位。增强Ru-O键可以增强晶格氧氧化还原反应,提高OER活性。

然而,随之而来的氧空位的形成通常会导致催化剂的快速降解。考虑到活性-稳定性的权衡和实际需要,有必要通过合理构造RuO2中Ru-O-M界面来打破AEM的线性关系,同时防止晶格氧参与OER,以实现高电流密度下的高活性和稳定性。2电催化剂中引入Ru-O-Ir原子界面(Ir-RuO2实验结果表明,Ir-RuO2催化剂中存在丰富的Ru-O-Ir界面,并且耐酸Ir的引入精确地调节了局部Ru-O键,使得Ir-RuO具体而言,在酸性条件下,Ir-RuO2在10和1500 mA cm-2下的OER过电位分别为167和390 mV,并能够在此电流密度下分别稳定运行1023和255小时。此外,以Ir-RuO2为阳极组装的PEMWE仅需1.60 V的电池电压就能达到1.0 A cm-2的电流密度,同时表现出连续电解300小时的良好稳定性。Operando DEMS、ATR-SEIRAS IR和EIS研究表明,在构建的Ru-O-IR原子界面上,OER通路发生了改变。作为质子受体的Ir-OBRI桥接氧位点可以从相邻的Ru-OOH*捕获H*并促进其转化为Ru-OO*,从而加速了OER的反应动力学。密度泛函理论(DFT)分析证实,Ru-O-Ir原子界面上的多个活性中心可以优化OER中间体的结构,从而克服了传统AEM过程的热力学局限性。

更重要的是,Ru-O-Ir原子界面的构建抑制了氧空位的形成和活性Ru原子的溶解,极大地提高了OER过程中电催化稳定性。综上,该项工作证实合理设计多个活性中心可以打破OER活性/稳定性平衡,为设计高性能的酸性OER催化剂提供了参考范例。

Atomically engineered interfaces inducing bridging oxygen-mediated deprotonation for enhanced oxygen evolution in acidic conditions. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-54798-7

来源:华算科技

相关推荐