Switchable Acidic Oxygen Evolution Mechanisms on Atomic Skin of Ruthenium Metallene Oxides

化学 过电位 析氧 催化作用 氧气 吸附 氧化还原 光化学 纳米技术 无机化学 化学物理 电化学 物理化学 有机化学 材料科学 电极
作者
Tianyi Gao,Dongxu Jiao,Lina Wang,Xin Ge,Xin Wen,Lei Zhang,Lirong Zheng,Xiaoxin Zou,Wei Zhang,Weitao Zheng,Jinchang Fan,Xiaoqiang Cui
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (5): 4159-4166 被引量:69
标识
DOI:10.1021/jacs.4c13656
摘要

RuO 2 has been considered as a promising, low-cost, and highly efficient catalyst in the acidic oxygen evolution reaction (OER). However, it suffers from poor stability due to the inevitable involvement of the lattice oxygen mechanism (LOM). Here, we construct a unique metallene-based core-skin structure and unveil that the OER pathway of atomic RuO 2 skin can be regulated from the LOM to an adsorbate evolution mechanism by altering the core species from metallene oxides to metallenes. This switch is achieved without sacrificing the number of active sites, enabling Pd@RuO 2 metallenes to exhibit outstanding acidic OER activity with a low overpotential of 189 mV at 10 mA cm –2, which is 54 mV lower than that of the counterpart PdO@RuO 2 metallenes. Additionally, they also exhibit robust stability with negligible activity decay over 100 h at 50 mA cm –2, outperforming most reported RuO 2 -based catalysts. Multiple spectroscopic analyses and theoretical calculations demonstrate that the Pd-metallene core, acting as an electron donor, increases the migration energy of subsurface oxygen atoms and optimizes the adsorption energy of intermediates on the active Ru sites, enabling a switch in the reaction mechanism. Such a unique metallene-based core-skin structure offers a novel way for tuning the catalytic behaviors of electrocatalysts.
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