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Designing Ru–B–Cr Moieties to Activate the Ru Site for Acidic Water Electrolysis under Industrial-Level Current Density
Nano Letters ( IF 9.6 ) Pub Date : 2024-12-25 , DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c05113 Weimo Li, Linfeng Zhang, Lipo Ma, Jiawei Wang, Ruikai Qi, Yang Pang, Meijiao Xu, Chengji Zhao, Ce Wang, Mingbin Gao, Xiaofeng Lu
Nano Letters ( IF 9.6 ) Pub Date : 2024-12-25 , DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c05113 Weimo Li, Linfeng Zhang, Lipo Ma, Jiawei Wang, Ruikai Qi, Yang Pang, Meijiao Xu, Chengji Zhao, Ce Wang, Mingbin Gao, Xiaofeng Lu
Developing highly efficient non-iridium-based active sites for acidic water splitting is still a huge challenge. Herein, unique Ru–B–Cr moieties have been constructed in RuO2 nanofibers (NFs) to activate Ru sites for water electrolysis, which overcomes the bottleneck of RuO2-based catalysts usually possessing low activity for the hydrogen evolution reaction (HER) and poor stability for the oxygen evolution reaction (OER). The fabricated Cr, B-doped RuO2 NFs exhibit low overpotentials of 205 and 379 mV for acidic HER and OER at 1 A cm–2 with outstanding stability lasting 1000 and 188 h, respectively. The assembled acidic electrolyzer also possesses great hydrogen production efficiency and durability at a high current density. Experimental and theoretical explorations reveal that the formation of Ru–B–Cr moieties effectively optimizes the atomic configurations and modulates the adsorption/desorption free energy of reaction intermediates to achieve exceptional HER and OER performance.
中文翻译:
设计 Ru-B-Cr 部分以激活 Ru 位点,以便在工业级电流密度下进行酸性水电解
开发用于酸性水分解的高效非铱基活性位点仍然是一项巨大的挑战。在此,在 RuO2 纳米纤维 (NFs) 中构建了独特的 Ru-B-Cr 部分,以激活 Ru 位点进行水电解,这克服了 RuO2 基催化剂通常对析氢反应 (HER) 具有低活性和对析氧反应 (OER) 稳定性差的瓶颈。在 1 A cm–2 下,制备的 Cr、B 掺杂 RuO2 NFs 对酸性 HER 和 OER 表现出 205 和 379 mV 的低过电位,分别具有出色的稳定性,持续 1000 和 188 小时。组装的酸性电解槽在高电流密度下还具有很高的制氢效率和耐用性。实验和理论探索表明,Ru-B-Cr 部分的形成有效地优化了原子构型并调节了反应中间体的吸附/解吸自由能,从而获得了优异的 HER 和 OER 性能。
更新日期:2024-12-25
中文翻译:
设计 Ru-B-Cr 部分以激活 Ru 位点,以便在工业级电流密度下进行酸性水电解
开发用于酸性水分解的高效非铱基活性位点仍然是一项巨大的挑战。在此,在 RuO2 纳米纤维 (NFs) 中构建了独特的 Ru-B-Cr 部分,以激活 Ru 位点进行水电解,这克服了 RuO2 基催化剂通常对析氢反应 (HER) 具有低活性和对析氧反应 (OER) 稳定性差的瓶颈。在 1 A cm–2 下,制备的 Cr、B 掺杂 RuO2 NFs 对酸性 HER 和 OER 表现出 205 和 379 mV 的低过电位,分别具有出色的稳定性,持续 1000 和 188 小时。组装的酸性电解槽在高电流密度下还具有很高的制氢效率和耐用性。实验和理论探索表明,Ru-B-Cr 部分的形成有效地优化了原子构型并调节了反应中间体的吸附/解吸自由能,从而获得了优异的 HER 和 OER 性能。