Interstitial‐Substitutional‐Mixed Solid Solution of RuO2 Nurturing a New Pathway Beyond the Activity‐Stability Linear Constraint in Acidic Water Oxidation

过电位 分解水 析氧 电解水 材料科学 催化作用 电子转移 接受者 电解 电解质 物理化学 化学 光催化 电极 电化学 物理 生物化学 凝聚态物理
作者
Xue Jiang,Jie Zhu,Minxia Jiang,Pengfei Zhang,Wei Wen,Wenwen Cai,Yonghua Ding,Ping‐Ping Sun,Minhua Cao
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (26): e2503354-e2503354 被引量:13
标识
DOI:10.1002/adma.202503354
摘要

Abstract The acidic oxygen evolution reaction (OER) electrocatalysts for proton exchange membrane electrolyzer (PEMWE) often face a trade‐off between activity and stability due to inherent linear relationship and overoxidation of metal atoms in highly oxidative environments, while following the conventional adsorbate evolution mechanism (AEM). Herein, a favorable AEM‐derived proton acceptor‐electron donor mechanism (PAEDM) is proposed in RuO 2 by constructing interstitial‐substitutional mixed solid solution structure (denoted as C,Ta‐RuO 2 ), which can effectively break the activity‐stability trade‐off of RuO 2 in acidic OER. In situ spectroscopy experiments and theoretical calculations reveal that the interstitial C as the proton acceptor reduces the deprotonation energy barrier, enhancing catalytic activity, while the substitutional Ta as the electron donor donates electrons to the Ru sites via bridging oxygen, weakening the Ru─O bond covalency and preventing over‐oxidation of surface Ru, thereby ensuring long‐term stability. Under the guidance of this mechanism, the optimized C,Ta‐RuO 2 simultaneously achieves far low overpotential (η 10 = 171 mV) and ultra‐long stability (over 1300 h) for the acidic OER. More remarkably, a homemade PEMWE using C,Ta‐RuO 2 as the anode also shows high water splitting performance (1.63 V@1 A cm −2 ). This work supplies a novel strategy to guide future developments on efficient OER electrocatalysts toward water oxidation.
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