Interface engineering breaks both stability and activity limits of RuO2 for sustainable water oxidation

电催化剂 Pourbaix图 析氧 催化作用 电化学 电化学能量转换 溶解 化学工程 材料科学 接口(物质) 化学 吸附 纳米技术 电极 生物化学 工程类 物理化学 吉布斯等温线
作者
Kun Du,Lifu Zhang,Jieqiong Shan,Jiaxin Guo,Jing Mao,Chueh‐Cheng Yang,Chia‐Hsin Wang,Zhenpeng Hu,Tao Ling
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1) 被引量:143
标识
DOI:10.1038/s41467-022-33150-x
摘要

Designing catalytic materials with enhanced stability and activity is crucial for sustainable electrochemical energy technologies. RuO2 is the most active material for oxygen evolution reaction (OER) in electrolysers aiming at producing 'green' hydrogen, however it encounters critical electrochemical oxidation and dissolution issues during reaction. It remains a grand challenge to achieve stable and active RuO2 electrocatalyst as the current strategies usually enhance one of the two properties at the expense of the other. Here, we report breaking the stability and activity limits of RuO2 in neutral and alkaline environments by constructing a RuO2/CoOx interface. We demonstrate that RuO2 can be greatly stabilized on the CoOx substrate to exceed the Pourbaix stability limit of bulk RuO2. This is realized by the preferential oxidation of CoOx during OER and the electron gain of RuO2 through the interface. Besides, a highly active Ru/Co dual-atom site can be generated around the RuO2/CoOx interface to synergistically adsorb the oxygen intermediates, leading to a favourable reaction path. The as-designed RuO2/CoOx catalyst provides an avenue to achieve stable and active materials for sustainable electrochemical energy technologies.
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