RuO2 with Short‐Range Ordered Tantalum Single Atoms for Enhanced Acidic Oxygen Evolution Reaction

材料科学 氧气 析氧 航程(航空) 氧还原反应 无机化学 物理化学 电化学 冶金 电极 化学 有机化学 复合材料
作者
Xuefeng Wang,Zijian Li,Haeseong Jang,Changsheng Chen,Shangguo Liu,Liu Wang,Min Gyu Kim,Jaephil Cho,Qing Qin,Xien Liu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.202403388
摘要

Abstract Ruthenium Dioxide (RuO 2 ), as one of the most promising alternatives to IrO 2 , suffers from the severe dissolution and overoxidation of Ru active sites during the acidic oxygen evolution reaction (OER), which hinders its practical application. Herein, the study constructs a short‐range ordered tantalum single atoms‐doped RuO 2 catalyst (Ta‐RuO 2 ) with asymmetric Ru‐O‐Ta(‐O‐Ta) active units for the enhanced acidic OER. The Ta‐RuO 2 catalyst exhibits superior catalytic activity with an overpotential of 201 mV at 10 mA cm −2 and a long‐lasting stability of 280 h. Physical characterizations combined with electrochemical tests reveal that the incorporation of atomically arranged Ta atoms induces significant tensile strain, effectively optimizing the adsorption strength of oxygen‐containing intermediates by regulating the Ru d ‐band center and weakening the Ru‐O covalency, thus boosting the catalytic activity. Furthermore, the formed Ru‐O‐Ta(‐O‐Ta) active local structure is well maintained during the OER process owing to the synergy of strong corrosion resistance of Ta‐O bonds and the electron transfers from Ta to Ru via oxygen bridge stabilizing the Ru sites, contributing to the enhanced stability. This study provides a novel method via incorporation of corrosion‐resistant and short‐range ordered single atoms to significantly enhance the acidic OER stability and activity of cost‐effective catalysts.
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