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键工程:弱化 Ru-O 共价,在酸性溶液中实现高效稳定的水氧化
Journal of Energy Chemistry ( IF 14.0 ) Pub Date : 2024-11-06 , DOI: 10.1016/j.jechem.2024.09.070
Yifan Yang, Jingtong Guo, Lixiong Xu, Chenyue Li, Rongqian Ning, Jun Ma, Shuo Geng
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二氧化钌 (RuO2) 在酸性析氧反应 (OER) 中的持续稳定性会因晶格氧 (LO) 和 OER 过程中的金属溶解而受到损害。杂原子掺杂被认为是在酸性 OER 应用中提高 RuO2 稳定性的可行策略。本研究提出了一种不易获得或失去电子 Ba2+ 的离子进入 RuO2 (Ba-RuO2) 纳米片 (NS) 催化剂,该催化剂增加了暴露活性位点的数量,实现了 10 mA/cm2 的电流密度,过电位仅为 229 mV,并维持该输出超过 250 小时。根据密度泛函理论 (DFT) 和 X 射线吸收光谱,Ba 掺杂导致 Ru-O 键长度更长,这反过来又降低了键的共价性。这种改变减少了 LO 的参与和钌 (Ru) 的溶解,从而显着提高了催化剂在较长时间内的耐久性。此外,衰减全反射表面增强红外吸收光谱分析证实,由于 Ba 掺杂,OER 机制从 LO 介导的途径转变为吸附物释放途径,从而规避了 Ru 过度氧化并进一步增强了 RuO2 的稳定性。此外,DFT 结果发现 Ba 掺杂优化了中间体的吸附能,从而提高了酸性环境中的 OER 活性。本研究为指导 Ru 基氧化物催化剂在酸性环境中稳定性的未来发展提供了一种有效的策略。

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