析氧反应(OER)是许多电化学器件的关键反应。迄今为止,大量OER电催化剂在碱性介质中表现良好,而在中性和酸性介质中表现不佳,尤其是其酸性稳定性。
近日,青岛科技大学刘希恩教授,Shangguo Liu,韩国蔚山科学技术院Jaephil Cho报道了在碱性条件下,合成了具有富氧空位的Na掺杂的非晶/结晶多相RuO2(a/c-RuO2),并将其作为高效的OER电催化剂。
文章要点
1)合成的a/c-RuO2具有极高的催化稳定性,特别是在腐蚀性强、氧化性强的酸性介质中,在OER条件下表现出优异的耐酸腐蚀和抗氧化性能,例如在pH=1的条件下连续催化OER 60 h,过电位没有明显增加。
2)a/c-RuO2在所有pH下都表现出极具竞争性的OER活性,在pH=0、1、7和14的电解质中,其η10值分别为220、205、287和235 mV,表现出优于基准RuO2和大多数现有的OER电催化剂的性能。
3)密度泛函理论(DFT)计算表明,由于Na掺杂和氧空位的引入,RuO2的d带中心远离费米能级,从而削弱了氧基中间体与RuO2表面之间的化学键。这反过来又降低了OER的激活势垒。
本工作为在pH普适条件下,特别是在强酸性电解液条件下设计和合成高性能的OER电催化剂提供了一条新的途径。
参考文献
Lijie Zhang, et al, Sodium-Decorated Amorphous/Crystalline RuO2 with Rich Oxygen Vacancies: A Robust pH-Universal Oxygen Evolution Electrocatalyst, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202106631
https://doi.org/10.1002/anie.202106631