RuO2/CeO2 heterostructure anchored on carbon spheres as a bifunctional electrocatalyst for efficient water splitting in acidic media

双功能 电催化剂 分解水 析氧 化学工程 化学 异质结 催化作用 材料科学 物理化学 电化学 电极 有机化学 光催化 光电子学 工程类
作者
Yun Wu,Rui Yao,Kaiyang Zhang,Qiang Zhao,Jinping Li,Guang Liu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:479: 147939-147939 被引量:70
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.147939
摘要

The use of proton exchange membrane (PEM) hydrolysis technology holds promise for eco-friendly hydrogen production using renewable energy sources. However, developing efficient, cost-effective, and durable bifunctional electrocatalysts for the acidic oxygen evolution reaction (OER) and hydrogen evolution reaction (HER) remains challenging. Here, we synthesized RuO2/CeO2 heterojunction loaded on carbon spheres (RuO2/CeO2@C) via hydrothermal and annealing techniques to address this issue. Our experiments demonstrate exceptional catalytic activity of RuO2/CeO2@C for both OER and HER, with overpotentials of 170 and 120 mV, respectively, at 10 mA/cm2 in 0.5 M H2SO4. Moreover, the electrocatalyst enables overall water splitting at 1.54 V and maintains stability for over 100 h at 10 mA/cm2. Density functional theory (DFT) calculations suggest that RuO2/CeO2 heterojunction modifies d-band center of Ru, balances H adsorption/desorption behavior, accelerates reaction kinetics, and lowers the energy barrier, thereby enhancing electrocatalytic activity. These findings provide valuable insights for future efficient bifunctional water splitting electrocatalyst design.
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