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Strontium-doped RuO2 electrocatalyst with abundant oxygen vacancies for boosting OER performance
Inorganic Chemistry Frontiers ( IF 6.1 ) Pub Date : 2024-11-02 , DOI: 10.1039/d4qi02070g Bei An, Xiaoqian Li, Yuan Lin, Fanfan Shang, Huijie He, Hairui Cai, Xiaoxiao Zeng, Weitong Wang, Shengchun Yang, Bin Wang
Inorganic Chemistry Frontiers ( IF 6.1 ) Pub Date : 2024-11-02 , DOI: 10.1039/d4qi02070g Bei An, Xiaoqian Li, Yuan Lin, Fanfan Shang, Huijie He, Hairui Cai, Xiaoxiao Zeng, Weitong Wang, Shengchun Yang, Bin Wang
The oxygen evolution reaction (OER) plays a crucial role as the anode reaction of electrolytic water splitting in various applications. To date, it is still a great challenge to develop highly active and durable electrocatalysts for acidic electrolytic water splitting. Herein, we highlight an effective strategy to regulate the oxidation state of Ru species and oxygen vacancies in RuO2 by introducing Sr heteroatoms into its lattice based on the principle of charge equilibrium. The as-prepared Sr0.1RuOx catalyst exhibits excellent OER activity with an overpotential of 201 mV at a current density of 10 mA cm−2, which is attributed to the higher proportion of Ru4+ induced by Sr doping. Moreover, both experimental and theoretical calculations revealed that the introduced oxygen vacancies inhibited the overoxidation of Ru to Run>4+ during the OER process, thus enhancing the stability of Sr0.1RuOx. Therefore, the PEM electrolyzer using Sr0.1RuOx as the anode catalyst can be operated for 240 hours at 10 mA cm−2 without obvious attenuation. This work presents an effective strategy to regulate the structure of OER electrocatalysts with excellent performance.
中文翻译:
掺锶 RuO2 电催化剂具有丰富的氧空位,可提高 OER 性能
析氧反应 (OER) 作为电解水分解的阳极反应,在各种应用中起着至关重要的作用。迄今为止,开发用于酸性电解水分解的高活性和耐久性电催化剂仍然是一个巨大的挑战。在此,我们重点介绍了一种基于电荷平衡原理,通过将 Sr 杂原子引入其晶格中来调节 Ru 物质的氧化态和 RuO2 中氧空位的有效策略。所制备的 Sr0.1RuOx 催化剂表现出优异的 OER 活性,在 10 mA cm-2 的电流密度下具有 201 mV 的过电位,这归因于 Sr 掺杂诱导的 Ru4+ 比例较高。此外,实验和理论计算都表明,引入的氧空位抑制了 OER 过程中 Ru 向 Run>4+ 的过氧化,从而增强了 Sr0.1RuOx 的稳定性。因此,使用 Sr0.1RuOx 作为阳极催化剂的 PEM 电解槽可以在 10 mA cm-2 下运行 240 小时,而不会出现明显的衰减。这项工作提出了一种有效的策略来调控性能优异的 OER 电催化剂的结构。
更新日期:2024-11-02
中文翻译:
掺锶 RuO2 电催化剂具有丰富的氧空位,可提高 OER 性能
析氧反应 (OER) 作为电解水分解的阳极反应,在各种应用中起着至关重要的作用。迄今为止,开发用于酸性电解水分解的高活性和耐久性电催化剂仍然是一个巨大的挑战。在此,我们重点介绍了一种基于电荷平衡原理,通过将 Sr 杂原子引入其晶格中来调节 Ru 物质的氧化态和 RuO2 中氧空位的有效策略。所制备的 Sr0.1RuOx 催化剂表现出优异的 OER 活性,在 10 mA cm-2 的电流密度下具有 201 mV 的过电位,这归因于 Sr 掺杂诱导的 Ru4+ 比例较高。此外,实验和理论计算都表明,引入的氧空位抑制了 OER 过程中 Ru 向 Run>4+ 的过氧化,从而增强了 Sr0.1RuOx 的稳定性。因此,使用 Sr0.1RuOx 作为阳极催化剂的 PEM 电解槽可以在 10 mA cm-2 下运行 240 小时,而不会出现明显的衰减。这项工作提出了一种有效的策略来调控性能优异的 OER 电催化剂的结构。