Ruthenium‐Based Binary Alloy with Oxide Nanosheath for Highly Efficient and Stable Oxygen Evolution Reaction in Acidic Media

材料科学 分解水 析氧 氧化物 电解水 溶解 氧化钌 阳极 贵金属 化学工程 质子交换膜燃料电池 无机化学 电解 金属 催化作用 电化学 冶金 有机化学 物理化学 电解质 电极 化学 工程类 光催化
作者
Jinghao Chen,Yirui Ma,Tao Huang,Taoli Jiang,Sunhyeong Park,Jingwen Xu,Xiaoyang Wang,Qia Peng,Shuang Liu,Gongming Wang,Wei Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (26): e2312369-e2312369 被引量:94
标识
DOI:10.1002/adma.202312369
摘要

Traditional noble metal oxide, such as RuO2, is considered a benchmark catalyst for acidic oxygen evolution reaction (OER). However, its practical application is limited due to sluggish activity and severe electrochemical corrosion. In this study, Ru-Fe nanoparticles loading on carbon felt (RuFe@CF) is synthesized via an ultrafast Joule heating method as an active and durable OER catalyst in acidic conditions. Remarkably low overpotentials of 188 and 269 mV are achieved at 10 and 100 mA cm-2, respectively, with a robust stability up to 620 h at 10 mA cm-2. When used as an anode in a proton exchange membrane water electrolyzer, the catalyst shows more than 250 h of stability at a water-splitting current of 200 mA cm-2. Experimental characterizations reveal the presence of a Ru-based oxide nanosheath on the surface of the catalyst during OER tests, suggesting a surface reconstruction process that enhances the intrinsic activity and inhibits continuous metal dissolution. Moreover, density functional theory calculations demonstrate that the introduction of Fe into the RuFe@CF catalyst reduces the energy barrier and boosts its activities. This work offers an effective and universal strategy for the development of highly efficient and stable catalysts for acidic water splitting.
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