北京化工大学《AFM》：一种高效析氧反应电催化剂！

随着化石燃料过度使用引起的环境问题日益严重，开发清洁高效的可持续能源迫在眉睫。电化学裂水产生的氢气可以实现间歇性可再生能源的大规模储存。设计高效、稳定、低成本的质子交换膜电解槽析氧催化剂仍然是一个挑战。RuO₂成本相对较低，但稳定性较差。

来自北京化工大学的研究人员，报道了硫酸盐阴离子掺杂对提高RuO₂的OER活性和稳定性的关键作用。配合Fe离子掺杂，硫酸盐功能化RuFeO_x(S-RuFeO_x)在10 mAcm⁻²时表现出显著的过电流变性能，其过电位仅为187 mV，因此稳定性大大提高。S-RuFeO_x优异的OER活性归因于硫酸盐掺杂削弱了*OO-H中间体的吸附，而Fe掺杂促进了化学吸附水分子的去质子化形成*OOH的双重正电子效应。稳定性的提高部分是由于硫酸盐掺杂稳定了晶格氧。这些结果表明，阴阳离子共掺杂RuO₂是一种很有前途的高效OER电催化剂。相关论文发表在Advanced Functional Materials。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202101405

综上所述，本文开发了硫酸盐阴离子和铁阳离子共掺杂的RuO₂，其具有较高的OER活性和在酸性条件下的稳定性。合成的S-RuFeO_x在10 mA cm⁻²时的过电位较低，仅为187 mV，且在50h的CP测试中表现出较高的稳定性。S-RuFeO_x突出的OER催化性能来自两个方面：1)硫酸盐削弱了*OO-H中间体的吸附能；2)Fe掺杂促进了水分子的去质子化。此外，硫酸盐可以稳定晶格氧，从而提高催化剂的稳定性。这些发现揭示了阴离子掺杂对高效OER电催化剂的有效作用。（文：SSC）

图1.Ru、Fe-S前驱体和S-RuFeO_x催化剂的表征

图2.a)Ru、Fe-S、S-RuFeO_x、S-RuO₂、S-Fe₂O₃和工业RuO₂催化剂在O₂饱和的0.1M HClO₄电解液中的OER极化曲线。扫描速度：10 mV s⁻¹；转速：1600rpm。

图3.酸中OER的反应机理示意图。a)在RuO₂(110)上；b)在S-RuFeO_x上。

图4.a)在Ar饱和的0.1M HClO₄电解质中，S-RuFeO_x、S-RuO₂和商用RuO₂的电位从1.0 V步进到1.6V时记录的原位ATR-SEIRAS光谱。

图5.商用RuO₂、S-RuO₂和S-RuFeO_x在5000次循环CV测试前后的高分辨率a)Ru3d，b)O 1s XPS谱。