Eliminating over-oxidation of ruthenium oxides by niobium for highly stable electrocatalytic oxygen evolution in acidic media

析氧 氧气 氧化铌 材料科学 无机化学 氧化钌 化学工程 化学 催化作用 电化学 冶金 有机化学 电极 工程类 物理化学
作者
Hai Liu,Zhuang Zhang,Jinjie Fang,Mengxuan Li,Marshet Getaye Sendeku,Xian Wang,Haoyang Wu,Yaping Li,Junjie Ge,Zhongbin Zhuang,Daojin Zhou,Yun Kuang,Xiaoming Sun
出处
期刊:Joule [Elsevier BV]
卷期号:7 (3): 558-573 被引量:482
标识
DOI:10.1016/j.joule.2023.02.012
摘要

Proton exchange membrane (PEM) water electrolysis shows advantages including high current density, high efficiency, and compact configuration but suffers from the scarcity and high price of iridium (Ir)-based anodic catalysts. Herein, insoluble niobium (Nb)-incorporated RuO2 with a high valence state was designed as an Ir-free catalyst for active and stable acidic oxygen evolution reaction (OER). Nb0.1Ru0.9O2 exhibited a low overpotential (204 mV) and superb stability with an ultralow degradation rate (25 μV/h) over a 360-h durability test at 200 mA cm−2, which is only 1/100th of the decay rates of other Ru-based catalysts measured at 10 mA cm−2. The PEM electrolyzer with Nb0.1Ru0.9O2 as an anode survived from a 100-h operation at 300 mA cm−2. The strengthened adsorption of oxygen intermediates to active Ru sites reduced the OER energy barrier, while the enhanced electron transfer to Ru by Nb doping and formation of Nb5+ during the OER process extended catalyst’s durability.
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