Atomically engineered interfaces inducing bridging oxygen-mediated deprotonation for enhanced oxygen evolution in acidic conditions

析氧 脱质子化 电催化剂 催化作用 化学 氧气 无机化学 离解(化学) 化学工程 电化学 电极 物理化学 离子 有机化学 工程类
作者
Han Wu,Jiangwei Chang,Jingkun Yu,Siyang Wang,Zhongjian Hu,Geoffrey I. N. Waterhouse,Xue Yong,Zhiyong Tang,Junbiao Chang,Siyu Lu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 10315-10315 被引量:123
标识
DOI:10.1038/s41467-024-54798-7
摘要

The development of efficient and stable electrocatalysts for water oxidation in acidic media is vital for the commercialization of the proton exchange membrane electrolyzers. In this work, we successfully construct Ru–O–Ir atomic interfaces for acidic oxygen evolution reaction (OER). The catalysts achieve overpotentials as low as 167, 300, and 390 mV at 10, 500, and 1500 mA cm−2 in 0.5 M H2SO4, respectively, with the electrocatalyst showing robust stability for >1000 h of operation at 10 mA cm−2 and negligible degradation after 200,000 cyclic voltammetry cycles. Operando spectroelectrochemical measurements together with theoretical investigations reveal that the OER pathway over the Ru–O–Ir active site is near-optimal, where the bridging oxygen site of Ir–OBRI serves as the proton acceptor to accelerate proton transfer on an adjacent Ru centre, breaking the typical adsorption-dissociation linear scaling relationship on a single Ru site and thus enhancing OER activity. Here, we show that rational design of multiple active sites can break the activity/stability trade-off commonly encountered for OER catalysts, offering good approaches towards high-performance acidic OER catalysts. Efficient and stable electrocatalysts for acidic oxygen evolution are essential for proton exchange membrane electrolyzers. Here, the authors report Ru–O–Ir atomic interfaces that enable bridging oxygen-mediated deprotonation pathways, overcoming the activity/stability trade-off in acidic oxygen evolution.
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