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​中科大AM：用富含氧空位的RuO2亚纳米皮肤修饰Ru可激活卓越的双功能性以实现pH通用整体水分解

时间：2023-02-11 来源： 浏览：

​中科大AM：用富含氧空位的RuO2亚纳米皮肤修饰Ru可激活卓越的双功能性以实现pH通用整体水分解

原创 Hao 催化开天地
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水电解有望吸收可再生的中间能源电力，用于绿色H 2 生产。然而，目前Ir/Ru基化合物的基准阳极催化剂存在严重的抗溶解性问题。
基于此， 中国科学技术大学章根强教授（通讯作者）等人 报道了一种有效的修饰策略，将富含氧空位的亚纳米RuO 2 皮肤修饰在相互连接的Ru团簇/碳混合微片（Ru@V-RuO 2 /C HMS）上，不仅可以继承Ru的高HER活性，在酸性和碱性条件下也能激活优异的OER催化活性。
作者构建了Ru(001)表面、RuO 2 (110)表面、Ru(001)与富含氧空位的RuO 2 (110)的异质结构（Ru@V-RuO 2 ）作为计算模型。Ru@V-RuO 2 表面更接近零的氢吸附自由能（0.12 eV）意味着氢的加速解吸，表明其HER活性更好。
此外，Ru@V-RuO 2 表面更负的水分子吸附能（-0.77 eV）表明其比Ru（-0.68 eV）更适合水分子吸附。
本文进一步计算了RuO 2 和Ru@V-RuO 2 表面OER的吉布斯自由能，该过程是连续的四质子耦合电子转移步骤，涉及OH*、O*和OOH*中间体。
对于RuO 2 来说，O*→OOH*（第三步）为决速步，需要克服1.01 eV的能垒。而Ru@V-RuO 2 的决速步为OOH*→O 2 （第四步），能垒为0.69 eV，这表明Ru@V-RuO 2 的OER活性大大提高。分波态密度（PDOS）图表明，Ru的d带中心从-1.98 eV（RuO 2 ）到-2.09 eV（Ru@V-RuO 2 ）的负移，导致Ru@V-RuO 2 表面和吸附中间体之间的化学键变弱，在理论上优化了吸附自由能，实验上降低了过电位。
Arming Ru with Oxygen Vacancy Enriched RuO 2 Sub-nanometer Skin Activates Superior Bifunctionality for pH-Universal Overall Water Splitting. Adv. Mater. , 2023 , DOI: 10.1002/adma.202206351.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.202206351.

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