Unraveling oxygen vacancy site mechanism of Rh-doped RuO2 catalyst for long-lasting acidic water oxidation

过电位 析氧 催化作用 氧气 化学 电解质 吸附 空位缺陷 化学工程 材料科学 电化学 电极 物理化学 结晶学 有机化学 工程类
作者
Yi Wang,Rong Yang,Yajun Ding,Bo Zhang,Hao Li,Bing Bai,Mingrun Li,Yi Cui,Jianping Xiao,Zhong‐Shuai Wu
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1) 被引量:275
标识
DOI:10.1038/s41467-023-37008-8
摘要

Exploring durable electrocatalysts with high activity for oxygen evolution reaction (OER) in acidic media is of paramount importance for H2 production via polymer electrolyte membrane electrolyzers, yet it remains urgently challenging. Herein, we report a synergistic strategy of Rh doping and surface oxygen vacancies to precisely regulate unconventional OER reaction path via the Ru-O-Rh active sites of Rh-RuO2, simultaneously boosting intrinsic activity and stability. The stabilized low-valent catalyst exhibits a remarkable performance, with an overpotential of 161 mV at 10 mA cm-2 and activity retention of 99.2% exceeding 700 h at 50 mA cm-2. Quasi in situ/operando characterizations demonstrate the recurrence of reversible oxygen species under working potentials for enhanced activity and durability. It is theoretically revealed that Rh-RuO2 passes through a more optimal reaction path of lattice oxygen mediated mechanism-oxygen vacancy site mechanism induced by the synergistic interaction of defects and Ru-O-Rh active sites with the rate-determining step of *O formation, breaking the barrier limitation (*OOH) of the traditional adsorption evolution mechanism.
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