Local Coordination Asymmetry Engineering Activates Oxide Path Mechanism in Dopant‐Free RuO 2 for Ultra‐Durable Acidic Water Oxidation

过电位 材料科学 析氧 催化作用 煅烧 氧化物 不对称 分解水 阳极 化学工程 路径(计算) 纳米技术 联轴节(管道) 电催化剂 电化学 机制(生物学) 铱 化学物理 质子输运 过渡金属 无机化学 质子交换膜燃料电池 电极
作者
Ke Wang,Jindou Shi,Fulai Qi,Wen‐Gang Cui,Xinqiang Wang,Guoqiang Zhao,Fan Gao,Dingsheng S. Wang,Hongge Pan
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.71641
摘要

ABSTRACT Developing ruthenium‐based anode electrocatalysts to replace commercial iridium is crucial for reducing the cost of proton exchange membrane (PEM) water electrolysis. However, conventional RuO 2 suffers from limited long‐term stability and severe overoxidation drawbacks. Herein, we employ dynamic H 2 bubble template (DHBT)‐assisted electrodeposition combined with calcination to fabricate disorderly connected regular/irregular Ru‐O 6 octahedra. In situ experiments and theoretical calculations reveal that this local coordination asymmetry favors an oxide path mechanism (OPM) involving direct O‐O coupling while suppressing *OOH formation and substantial lattice‐oxygen participation. The optimized d‐RuO 2‐x catalyst requires an overpotential of only 154 mV to reach 10 mA cm −2 and maintains stable operation for over 3200 h at this current density. Crucially, in a PEM water electrolyzer, the catalyst operates robustly for over 2100 h at 200 mA cm −2 under continuous and start‐shutdown conditions. These results demonstrate that local coordination asymmetry engineering can tune OER pathway selection in dopant‐free RuO 2 ‐based catalysts and provide a promising route toward durable acidic OER anodes.
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