Electronic Backflow Through Oxygen Bridge in RuO x ‐Graphdiyne for Stable Acidic Water Oxidation

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作者
Yong Feng,Lisheng Qian,Kun Feng,Bai Xu,Jiabin Xu,Cheng Lu,Wen-hua Zhang,Xuefei Feng,Zicheng Zuo,Jun Zhong
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:: e10570-e10570
标识
DOI:10.1002/smll.202510570
摘要

Abstract Developing cost‐effective and stable catalysts for oxygen evolution reaction (OER) in proton exchange membrane water electrolyzers (PEMWE) remains a significant challenge. Although RuO 2 shows promise as an alternative to the expensive IrO x , its large‐scale application is hindered by the over‐oxidation of Ru into soluble high‐valent species (> +4). In this work, the in situ growth of RuO x species on graphdiyne (GDY) is reported, establishing strong electronic metal‐support interaction to form the Ru─O─C oxygen bridge structure. Interestingly, in situ X‐ray absorption spectroscopy (XAS) at Ru K ‐edge reveals an unexpected electronic backflow on the Ru sites under positive potential during OER, leading to a stable low chemical state of Ru. As another aspect, in situ XAS at C K ‐edge shows the process of GDY losing electrons during OER, confirming the electron injection from C to Ru through the oxygen bridge structure. This electronic backflow process can block the over‐oxidation of Ru. As a result, the RuO x ‐GDY catalyst exhibits a low overpotential of 193 mV at 10 mA cm −2 with remarkable stability over 300 h (a degradation rate of only 0.13 mV h −1 ). In the PEMWE, the catalyst achieves a cell voltage of 1.72 V at 1 A cm −2 , outperforming the conventional RuO 2 (1.91 V).
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