Bidirectional Electron Relay at TiN‐TiO2 Interfaces Enables Oxidation‐Resistant Ru for High‐Potential Hydrogen Oxidation Catalysis

催化作用 吸附 材料科学 化学工程 无机化学 化学 物理化学 工程类 生物化学 有机化学
作者
Xuejin Li,Yanfu Tong,Weiyue Luo,Xiaoning Wang,Lianming Zhao,Pengyun Liu,Tonghui Cai,Yongpeng Cui,Zifeng Yan,Wei Xing
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (41): e202512285-e202512285 被引量:5
标识
DOI:10.1002/anie.202512285
摘要

Abstract Ruthenium‐based catalysts are pivotal as cost‐effective alternatives to Pt for alkaline hydrogen oxidation reaction (HOR). However, they typically face irreversible deactivation above 0.2 V vs. RHE due to synergistic Ru oxidation/OH ad over‐adsorption. We propose a Taichi‐inspired TiN‐TiO 2 heterophase‐segregated electron‐relay mechanism that dynamically balances bidirectional electron flow (Ru→TiN electron donation and TiO 2 →Ru electron replenishment), achieving complete activity retention (100%) even under 1.1 V operation. This potential‐adaptive regulation can significantly inhibit electron redistribution and band compression under the high potential induced electric field, and effectively alleviate the d‐ band upshift and OH adsorption energy surge. Spatially decoupled Ti(TiN)‐Ru bridge sites simultaneously adsorb OH ad (E ads = ‐1.40 eV) and decouple H ad /OH ad adsorption domains, eliminating competitive binding. This configuration delivers triple synergies: 1) geometric isolation of reactive intermediates adsorption, 2) potential‐responsive Ru 0 stabilization, and 3) accelerated Volmer kinetics via interfacial hydroxyl migration. The Ru/TiN‐TiO 2 catalyst achieves 100% activity retention at 1.1 V vs. RHE (vs. >60% loss for Ru/TiN) with 73.23% metallic Ru 0 preserved after 10 h operation. This work resolves the intrinsic activity‐stability trade‐off in Ru HOR catalysts and establishes dynamic charge‐relay interfaces as a universal design paradigm for oxidation‐prone electrocatalysts.
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