Atomic-level Ru-Ir mixing in rutile-type (RuIr)O2 for efficient and durable oxygen evolution catalysis

析氧 杂原子 催化作用 溶解 化学 金红石 氧气 分解水 化学物理 无机化学 材料科学 物理化学 电化学 光催化 电极 有机化学 生物化学 戒指(化学)
作者
Yeji Park,Ho Yeon Jang,Tae Kyung Lee,Taekyung Kim,Doyeop Kim,Dong-Jin Kim,Hionsuck Baik,Jinwon Choi,Taehyun Kwon,Sung Jong Yoo,Seoin Back,Kwangyeol Lee
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1) 被引量:8
标识
DOI:10.1038/s41467-025-55910-1
摘要

Abstract The success of proton exchange membrane water electrolysis (PEMWE) depends on active and robust electrocatalysts to facilitate oxygen evolution reaction (OER). Heteroatom-doped-RuO x has emerged as a promising electrocatalysts because heteroatoms suppress lattice oxygen participation in the OER, thereby preventing the destabilization of surface Ru and catalyst degradation. However, identifying suitable heteroatoms and achieving their atomic-scale coupling with Ru atoms are nontrivial tasks. Herein, to steer the reaction pathway away from the involvement of lattice oxygen, we integrate OER-active Ir atoms into the RuO 2 matrix, which maximizes the synergy between stable Ru and active Ir centers, by leveraging the changeable growth behavior of Ru/Ir atoms on lattice parameter-modulated templates. In PEMWE, the resulting (RuIr)O 2 /C electrocatalysts demonstrate notable current density of 4.96 A cm −2 and mass activity of 19.84 A mg Ru+Ir −1 at 2.0 V. In situ spectroscopic analysis and computational calculations highlight the importance of the synergistic coexistence of Ru/Ir-dual-OER-active sites for mitigating Ru dissolution via the optimization of the binding energy with oxygen intermediates and stabilization of Ru sites.
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