Synergistic Engineering of Dopant and Support of Ru Oxide Catalyst Enables Ultrahigh Performance for Acidic Oxygen Evolution

材料科学 掺杂剂 催化作用 析氧 氧化物 氧气 化学工程 纳米技术 兴奋剂 冶金 光电子学 有机化学 物理化学 电极 电化学 工程类 化学
作者
Felix Ofori Boakye,Karim Harrath,Dantong Zhang,Ya You,Wenbin Zhang,Sheng Wang,Yong Hai,Jiexin Zhu,Juncai Long,Jianqiu Zhu,Ghulam Yasin,Kwadwo Asare Owusu,Mohammad Tabish,Linjuan Zhang,Dingsheng Wang,Xiaofeng Shi,Zhongyi Jiang,Bin Wu,Liqiang Mai,Wei Zhao
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202408714
摘要

Abstract Active and robust electrocatalysts for acidic oxygen evolution reaction (OER) are of crucial importance for efficient proton exchange membrane water electrolyzer (PEM‐WE). Ruthenium (Ru) oxide has attracted considerable attention due to its high activity. However, the unsatisfying stability of Ru oxide in acidic OER environments hinders the application. Here, Ce‐doped RuO 2 nanoparticles are designed and supported on Co─N─C material (Ce@RuO 2 /CoNC) for acidic OER. It is demonstrated that Ce@RuO 2 /CoNC delivers a super low overpotential of 150 mV and an excellent stability of 1000 h at 10 mA cm −2 , outperforming most previously reported Ru‐based catalysts. The mass activity is estimated as 2365.5 Ag Ru −1 at 1.5 V (vs RHE), representing ≈2× advance compared to the best prior study. Furthermore, applied in a single‐cell PEM‐WE device, it can steadily operate for 1000 h at 200 mA cm −2 . The studies show that Ce‐doping and Co─N─C support synergistically enhance the activity and stability of Ru oxide by optimizing the free energies of OER intermediates and suppressing the dissolution of Ru.
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