Atomically Dispersed Vanadium‐Induced Ru‒V Dual Active Sites Enable Exceptional Performance for Acidic Water Oxidation

过电位 催化作用 化学 价(化学) 二聚体 析氧 电解质 光化学 吸附 氧气 无机化学 物理化学 电化学 有机化学 电极
作者
Qing Qin,Zijian Li,Xuhao Zhao,Hongyan Zhao,Li Zhai,Min Gyu Kim,Jaephil Cho,Haeseong Jang,Shangguo Liu,Xien Liu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.202413657
摘要

Regulating the catalytic reaction pathway to essentially break the activity/stability trade‐off that limits RuO2 and thus achieves exceptional stability and activity for the acidic oxygen evolution reaction (OER) is important yet challenging. Herein, we propose a novel strategy of incorporating atomically dispersed V species, including O‐bridged V dimers and V single atoms, into RuO2 lattices to trigger direct O‐O radical coupling to release O2 without the generation of *OOH intermediates. Vn‐RuO2 showed high activity with a low overpotential of 227 mV at 10 mA cm‐2 and outstanding stability during a 1050 h test in acidic electrolyte. Operando spectroscopic studies and theoretical calculations revealed that compared with the V single atom‐doping case, the introduction of the V dimer into RuO2 further decreases the Ru‒V atomic distance and weakens the adsorption strength of the *O intermediate to the active V site, which supports the more energetically favorable oxygen radical coupling mechanism (OCM). Furthermore, the highly asymmetric Ru‐O‐V local structure stabilizes the surface Ru active center by lowering the valence state and increasing the resistance against overoxidation, which result in outstanding stability. This study provides insight into ways of increasing the intrinsic catalytic activity and stability of RuO2 by atomically dispersed species modification.
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