Switchable Reaction Pathway on RuO 2 via Atomic Co Doping Toward Oxygen Evolution in Acidic Media

析氧 过电位 催化作用 材料科学 密度泛函理论 化学工程 阳极 氧化剂 钴 电解质 无机化学 化学 物理化学 电化学 电极 计算化学 工程类 有机化学 生物化学
作者
Xuefen Song,Muhammad Ayyob,Panpan Su,Jian Ning Cui,Wenxiu Li,Meng Zhang,Xuemin Zhang,Zhongwei Chen
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (32): e2503357-e2503357 被引量:12
标识
DOI:10.1002/smll.202503357
摘要

Abstract The acidic electrolyte and highly oxidizing environment of proton exchange membrane water electrolysis (PEMWE) pose significant challenges to the stability of Ru‐based anode catalysts and limit their practical applications. In this study, Co‐doped RuO 2 nanocrystals are synthesized using a one‐step annealing method of Co‐exchanged Ru‐bpydc derivatives. The catalyst demonstrated excellent oxygen evolution reaction (OER) performance, achieving a low overpotential of 205 mV at 10 mA cm −2 and superior stability, retaining activity for over 1000 h without degradation. Advanced characterization techniques revealed that cobalt doping increases oxygen vacancies and manipulates the reaction pathway by boosting the adsorbate evolution mechanism (AEM) and suppressing the participation of lattice oxygen in OER. Density functional theory (DFT) calculations further confirmed that the electron transfer between Ru and Co site via bridge O in the structure of Ru─O─Co optimized the adsorption energy of oxo‐intermediates to promote AEM, thereby boosting stability. In addition, the Co─RuO x catalyst exhibited good performance as an anode in a PEMWE, demonstrating stable operation for over 100 h at a current density of 100 mA cm −2 . This work presents a viable approach to designing highly active and durable OER catalysts, making significant contributions to the advancement of PEMWE technology.
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