Enhancing Water Oxidation of Ru Single Atoms via Oxygen-Coordination Bonding with NiFe Layered Double Hydroxide

过电位 氢氧化物 催化作用 法拉第效率 层状双氢氧化物 化学 析氧 旋转环盘电极 无机化学 化学工程 材料科学 电催化剂 电化学 物理化学 有机化学 电极 工程类
作者
Yang Yang,Qian‐Nan Yang,Yibin Yang,Pengfei Guo,Wan-Xin Feng,Yan Jia,Kuan Wang,Weitao Wang,Zhen‐Hong He,Zhao‐Tie Liu
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:13 (4): 2771-2779 被引量:154
标识
DOI:10.1021/acscatal.2c05624
摘要

Designing and synthesizing a highly active single atom catalyst, especially monodispersed noble-metal atoms fixed in two-dimensional layered double hydroxide (LDH) nanostructures, is crucial in accelerating the slow oxygen evolution reaction (OER). Here, Ru single atoms (SAs) are stabilized on NiFe LDH (SARu/NiFe LDH) via an oxygen-coordinated bond after a facile solution reduction procedure. The OER activity evaluation at similar mass loading on glassy carbon reveals that SARu/NiFe LDH shows more activity than pure NiFe LDH in basic media, possessing 99.3% of Faradaic efficiency based on rotating ring-disk electrode measurement. This is mainly due to a strong synergy between Ru SAs and NiFe LDH support. Furthermore, these supported catalysts are developed to an integrative 3D electrode in situ of the nickel foam with a higher specific surface area, which needs only an ultralow overpotential of 196 mV at 10 mA cm–2. This is one of the most efficient electrode containing monoatomic components to date. Theoretical calculations suggests that active sites of Ru can facilitate the rearrangement of electrons and optimize the binding energy both SARu/NiFe LDH catalyst and intermediates during the OER, thereby improving the intrinsic OER activity. This study provides a general avenue to developing efficiently monoatomic and even multiatomic catalysts in the future.
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