Customized reaction route for ruthenium oxide towards stabilized water oxidation in high-performance PEM electrolyzers

催化作用 化学工程 氧化物 氧化钌 化学 材料科学 计算机科学 有机化学 工程类
作者
Zhaoping Shi,Ji Li,Yibo Wang,Shiwei Liu,Jianbing Zhu,Jiahao Yang,Xian Wang,Jing Ni,Zheng Jiang,Lijuan Zhang,Ying Wang,Changpeng Liu,Wei Xing,Junjie Ge
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:229
标识
DOI:10.1038/s41467-023-36380-9
摘要

The poor stability of Ru-based acidic oxygen evolution (OER) electrocatalysts has greatly hampered their application in polymer electrolyte membrane electrolyzers (PEMWEs). Traditional understanding of performance degradation centered on influence of bias fails in describing the stability trend, calling for deep dive into the essential origin of inactivation. Here we uncover the decisive role of reaction route (including catalytic mechanism and intermediates binding strength) on operational stability of Ru-based catalysts. Using MRuOx (M = Ce4+, Sn4+, Ru4+, Cr4+) solid solution as structure model, we find the reaction route, thereby stability, can be customized by controlling the Ru charge. The screened SnRuOx thus exhibits orders of magnitude lifespan extension. A scalable PEMWE single cell using SnRuOx anode conveys an ever-smallest degradation rate of 53 μV h-1 during a 1300 h operation at 1 A cm-2.
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