Ligand-Confinement-Induced Catalyst–Support Interface Interactions in Co3O4-Supported RuO2 for Long-Term Stable Acidic Oxygen Evolution Reaction

催化作用 质子交换膜燃料电池 电解质 电化学能量转换 材料科学 析氧 电催化剂 化学工程 化学 无机化学 物理化学 电化学 生物化学 电极 工程类
作者
Ruo‐Yao Fan,Haijun Liu,Jing-Ke Ren,Yichuan Li,Jun Nan,Yulu Zhou,Chun‐Ying Liu,Yong‐Ming Chai,Bin Dong
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:12 (6): 2313-2323 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.3c06895
摘要

The proton exchange membrane (PEM) water hydrolyzer is crucial to promoting the sustainable development of hydrogen energy and facilitating large-scale energy transformation. However, achieving sustained and stable oxygen evolution reaction (OER) in acidic solutions presents a significant challenge for noniridium based electrocatalysts. Herein, we develop a Co3O4-supported RuO2 electrocatalyst with optimized catalyst–support interface interactions for breaking the activity–stability trade-off relationship in acidic OER. Through detailed electrochemical experiments and characterization analysis, we demonstrate that the crystal growth of Co3O4 support can be precisely regulated by modifying the ligand layer-confined domain of cobalt-based metal–organic frameworks (Co-MOF) precursor, thereby optimizing the RuO2/Co3O4 interface. Due to the weakened self-sacrifice effect of Co3O4, active heterogeneous interface electron interaction and impeccable support crystal coating effect, the acidic OER stability of RuO2/Co3O4–B3DC is significantly improved compared with RuO2 while preserving intrinsic activity. Theoretical modeling suggests that the formation of a RuO2/Co3O4 catalyst–support interface optimizes the adsorption energy of oxygen intermediates, promoting the oxygen evolution process. Additionally, the RuO2/Co3O4–B3DC anode demonstrates promising potential application in PEM electrolyzers and a variety of renewable energy-driven electrolytic cells.
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