Optimizing Acidic Oxygen Evolution with Manganese-Doped Ruthenium Dioxide Assembly

材料科学 析氧 氧气 兴奋剂 二氧化碳 无机化学 化学工程 催化作用 有机化学 化学 光电子学 物理化学 冶金 电化学 电极 工程类
作者
Jia Ke,Yujin Ji,Da Liu,Jinxin Chen,Yue Wang,Youyong Li,Zhiwei Hu,Wei‐Hsiang Huang,Qi Shao,Jianmei Lu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (1): 13-21
标识
DOI:10.1021/acsami.4c19301
摘要

Ruthenium dioxide (RuO2) is one of the promising catalysts for the acidic oxygen evolution reaction (OER). However, designing RuO2 catalysts with good activity and stability remains a significant challenge. In this work, we propose the manganese (Mn)-doped RuO2 assembly as a catalyst for the OER with improved activity and stability. Consequently, the optimized 7% Mn-RuO2 exhibits exceptional OER activity in 0.5 M H2SO4, delivering a low overpotential of 195 mV to achieve a current density of 10 mA cm–2. Furthermore, it displays the highest mass activity among all the tested catalysts, reaching 587.9 A gRu–1 at 1.5 V versus the reversible hydrogen electrode (vs RHE), which is 7.8 and 139.8 times higher than those of undoped RuO2 and commercial RuO2, respectively. Moreover, 7% Mn-RuO2 demonstrates remarkable stability over a continuous operation to 100 h (at 10 mA cm–2) without significant performance attenuation. Additionally, theoretical calculations indicate that Mn doping weakens the adsorption of the OER intermediates and modifies the potential-determining step (PDS) of the OER, thereby reducing the OER overpotential. Consequently, strategies involving Mn doping can effectively enhance the overall kinetics of the OER. This work offers a promising approach for the design of efficient water electrolysis catalysts.
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