Activation of Oxygen Evolution Electrocatalysis via Reduced Ruthenium–Oxygen–Ruthenium Coordination

化学 电催化剂 纳米材料 析氧 纳米技术 可再生能源 氧气 催化作用 燃料电池 配位复合体 能量(信号处理) 能量转换 氧还原 氧还原反应 活化能 纳米颗粒 组合化学
作者
Simon Avery Vigil,Yong Yuan,Alexandra Zagalskaya,Marcos F. Calegari Andrade,Conner J. Soderstedt,Heber H. Ford,Ziqing Lin,Tuan Anh Pham,Jingguang G. Chen,Ivan A. Moreno‐Hernandez
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (30): 32041-32052 被引量:2
标识
DOI:10.1021/jacs.6c06781
摘要

Noble metal oxides such as RuO2 are the state-of-the-art electrocatalysts for anodic reactions in acidic electrolytes, but their scarcity and moderate activity greatly limit emerging renewable energy technologies. Here, we show that oxidized overlayers of ruthenium on earth-abundant manganese oxide (MnO2/o-RuOx) nanocrystal supports exhibit Ru chemical states associated with reduced Ru-O-Ru coordination that enable dynamic switching of hydrogen bonding, with *OH intermediates hydrogen bonding to surface O and *OOH intermediates bonding to protruding RuOx clusters. The resulting electrocatalysts exhibit an overpotential of 218.9 ± 0.3 mV at 10 mA cm-2 for the oxygen evolution reaction in acid, corresponding to a 2425% increase in Ru mass activity compared to RuO2, enabling the construction of electrolyzers that achieved 3 A cm-2 at 1.646 V, 5.54 A cm-2 at 1.8 V, and exhibited over 3000-h stability at 100 mA cm-2. These findings motivate further efforts to develop nanomaterials that harness reduced Ru-O-Ru coordination to enable emerging renewable energy technologies.
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