Interfacial Electric Field Stabilized Ru Single-Atom Catalysts for Efficient Water Oxidation

催化作用 电场 Atom(片上系统) 化学 领域(数学) 材料科学 光化学 化学物理 物理 有机化学 计算机科学 嵌入式系统 数学 量子力学 纯数学
作者
Lingfeng Yang,Zitao Ni,Yifan Zhao,Youyu Long,Min Xi,Anran Chen,Hua Zhang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (14) 被引量:38
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c01829
摘要

Suppressing the overoxidation and dissolution of active-Ru single-atom catalysts (SACs) is highly desirable to realize an efficient and durable oxygen evolution reaction (OER), yet overcoming the trade-off relationship between activity and stability of SACs remains challenging. Here, we present a local electronic regulation strategy for the synthesis of a core−shell Ni 3 S 2 /NiO heterostructure (NiO@Ru−Ni 3 S 2 ) to stabilize single-atom Ru sites. The obtained NiO@Ru−Ni 3 S 2 catalyst exhibits superior OER activity and long-term durability, requiring an overpotential of only 110 mV to drive a current density of 10 mA cm −2, and a Tafel slope as low as 22.6 mV dec −1, surpassing the state-of-the-art OER catalysts that have been reported. Experimental analyses and theoretical calculations revealed that the built-in electric field induced by work functions triggers the directional electron transfer from Ni 3 S 2 to NiO and the formation of electron-rich regions around Ru atoms, which effectively suppresses the overoxidation and dissolution of the single-atom Ru sites, thus realizing the dual optimization of activity and durability.
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