γ‐MnO2 as an Electron Reservoir for RuO2 Oxygen Evolution Catalyst in Acidic Media

析氧 催化作用 氧气 化学 电子 材料科学 化学工程 纳米技术 化学物理 无机化学 电化学 物理 电极 物理化学 有机化学 工程类 量子力学
作者
Wenqi Jia,Xuejie Cao,Xiaojie Chen,Hongye Qin,Licheng Miao,Qing‐Lun Wang,Lifang Jiao
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (34): e2310464-e2310464 被引量:39
标识
DOI:10.1002/smll.202310464
摘要

Developing highly active and durable catalysts in acid conditions remains an urgent issue due to the sluggish kinetics of oxygen evolution reaction (OER). Although RuO2 has been a state-of-the-art commercial catalyst for OER, it encounters poor stability and high cost. In this study, the electronic reservoir regulation strategy is proposed to promote the performance of acidic water oxidation via constructing a RuO2/MnO2 heterostructure supported on carbon cloth (CC) (abbreviated as RuO2/MnO2/CC). Theoretical and experimental results reveal that MnO2 acts as an electron reservoir for RuO2. It facilitates electron transfer from RuO2, enhancing its activity prior to OER, and donates electrons to RuO2, improving its stability after OER. Consequently, RuO2/MnO2/CC exhibits better performance compared to commercial RuO2, with an ultrasmall overpotential of 189 mV at 10 mA cm-2 and no signs of deactivation even after 800 h of electrolysis in 0.5 m H2SO4 at 10 mA cm-2. When applied as the anode in a proton exchange membrane water electrolyzer, the cost-efficient RuO2/MnO2/CC catalyst only requires a cell voltage of 1.661 V to achieve the water-splitting current of 1 A cm-2, and the noble metal cost is as low as US$ 0.00962 cm-2, indicating potential for practical applications.
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