Misoriented high-entropy iridium ruthenium oxide for acidic water splitting

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作者
Chun Hu,Kaihang Yue,Jiajia Han,Xiaozhi Liu,Lijia Liu,Qiunan Liu,Qingyu Kong,Chih‐Wen Pao,Zhiwei Hu,Kazu Suenaga,Dong Su,Qiaobao Zhang,Xianying Wang,Yuan‐Zhi Tan,Xiaoqing Huang
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:9 (37) 被引量:121
标识
DOI:10.1126/sciadv.adf9144
摘要

Designing an efficient catalyst for acidic oxygen evolution reaction (OER) is of critical importance in manipulating proton exchange membrane water electrolyzer (PEMWE) for hydrogen production. Here, we report a fast, nonequilibrium strategy to synthesize quinary high-entropy ruthenium iridium-based oxide (M-RuIrFeCoNiO 2 ) with abundant grain boundaries (GB), which exhibits a low overpotential of 189 millivolts at 10 milliamperes per square centimeter for OER in 0.5 M H 2 SO 4 . Microstructural analyses, density functional calculations, and isotope-labeled differential electrochemical mass spectroscopy measurements collectively reveal that the integration of foreign metal elements and GB is responsible for the enhancement of activity and stability of RuO 2 toward OER. A PEMWE using M-RuIrFeCoNiO 2 catalyst can steadily operate at a large current density of 1 ampere per square centimeter for over 500 hours. This work demonstrates a pathway to design high-performance OER electrocatalysts by integrating the advantages of various components and GB, which breaks the limits of thermodynamic solubility for different metal elements.
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