Dynamic-Cycling Zinc Sites Promote Ruthenium Oxide for Sub-Ampere Electrochemical Water Oxidation

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作者
Meihuan Liu,Xiaoxia Chen,Shiyu Li,C.Y. Ni,Yiwen Chen,Hui Su
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c04485
摘要

Although iridium-based electrocatalysts are commonly regarded as the sole stable operating acidic oxygen evolution reaction (OER) catalysts in proton-exchange membrane water electrolysis (PEMWE) devices, their exorbitant cost and scarcity severely restrict their widespread application. Herein, we introduce a promising alternative to iridium: zinc-doped ruthenium dioxide (TE-Zn/RuO2), which exhibits remarkable and enduring activity for acidic OER. In situ characterizations elucidate that the dynamic cycling of zinc dopants serves as both electron acceptors and donors, facilitating the activation of Ru sites at low overpotentials while thwarting peroxidation at high overpotentials, thus concurrently achieving heightened activity and robust stability. Additionally, the incorporation of zinc induces weakened Ru–O covalency, thereby stabling *OOH intermediates and instigating a sustained adsorbate evolution mechanism, dramatically stabilizing the RuO2 lattice. Importantly, the TE-Zn/RuO2 catalyst as an anode exhibits good stability over 300 h at a water-splitting current of 500 mA cm–2 in the PEMWE device, underscoring its considerable promise for practical applications.
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