Rationally Construction of Mn‐Doped RuO2 Nanofibers for High‐Activity and Stable Alkaline Ampere‐Level Current Density Overall Water Splitting

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作者
Weimo Li,Ran Liu,Guangtao Yu,Xiaojie Chen,Yan Su,Siyu Ren,Junjie Chen,Wei Chen,Ce Wang,Xiaofeng Lu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (15) 被引量:51
标识
DOI:10.1002/smll.202307164
摘要

Abstract Nowadays, highly active and stable alkaline bifunctional electrocatalysts toward water electrolysis that can work at high current density (≥1000 mA cm −2 ) are urgently needed. Herein, Mn‐doped RuO 2 (Mn x Ru 1‐x O 2 ) nanofibers (NFs) are constructed to achieve this object, presenting wonderful hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER) performances with the overpotentials of only 269 and 461 mV at 1 A cm −2 in 1 m KOH solution, and remarkably stability under industrial demand with 1 A cm −2 , significantly better than the benchmark Pt/C and commercial RuO 2 electrocatalysts, respectively. More importantly, the assembled Mn 0.05 Ru 0.95 O 2 NFs||Mn 0.05 Ru 0.95 O 2 NFs electrolyzer toward overall water splitting reaches the current density of 10 mA cm −2 with a cell voltage of 1.52 V and also delivers an outstanding stability over 150 h of continuous operation, far surpassing commercial Pt/C||commercial RuO 2 , RuO 2 NFs||RuO 2 NFs and most previously reported exceptional electrolyzers. Theoretical calculations indicate that Mn‐doping into RuO 2 can significantly optimize the electronic structure and weaken the strength of O─H bond to achieve the near‐zero hydrogen adsorption free energy (Δ G H* ) value for HER, and can also effectively weaken the adsorption strength of intermediate O * at the relevant sites, achieving the higher OER catalytic activity, since the overlapping center of p‐d orbitals is closer to the Fermi level.
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