Copper-doped ruthenium oxide as highly efficient electrocatalysts for the evolution of oxygen in acidic media

过电位 析氧 塔菲尔方程 煅烧 催化作用 电催化剂 贵金属 氧化钌 化学 电解质 氧化物 材料科学 化学工程 电化学 无机化学 物理化学 冶金 电极 工程类 生物化学
作者
Yuanyuan Feng,Si Si,Gao Deng,Zixiang Xu,Zhao Pu,Huashuai Hu,Chong‐Bin Wang
出处
期刊:Journal of Alloys and Compounds [Elsevier BV]
卷期号:892: 162113-162113 被引量:46
标识
DOI:10.1016/j.jallcom.2021.162113
摘要

The development of highly active and acid-stable catalysts for oxygen evolution reaction (OER) is necessary and challenging. In this work, we report a highly efficient Cu-doped RuO2 OER electrocatalyst (Cu-RuO2) synthesized via one-step calcination of amorphous RuCu sample in air atmosphere. Results show that the catalytic performances of Cu-RuO2 catalysts toward OER are strongly dependent on the calcination temperature. Among the series of Cu-RuO2 catalysts, Cu-RuO2 prepared at the calcination temperature of 300 °C (Cu-RuO2-300) exhibits the highest activity for OER. At the current density of 10 mA cm−2, Cu-RuO2-300 shows an extremely low OER overpotential of 201 mV, which is much lower than the benchmark commercial RuO2 (233 mV) and most noble metal/non-noble metal catalysts reported in literature. The Tafel slope is as low as 55 mV dec−1, which is also lower than that on RuO2 catalyst (76 mV dec−1), suggesting a faster OER kinetics. In addition, Cu-RuO2-300 can maintain excellent durability in H2SO4 electrolyte. During the chronopotentiometric (CP) test, the potential of Cu-RuO2-300 catalyst shows very small attenuation (65 mV) at the time of 24 h whereas that of the reference RuO2 catalyst exhibits a 127 mV of change only within 4 h of test. Large electrochemical surface area and abundant exposed high-index facets are responsible for the high catalytic performances of the Cu-RuO2-300 catalyst. This work is instructive for the design and preparation of highly efficient and stable noble metal-based OER catalysts in acidic media.
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