Surface Hydroxylated Mn-Doped RuO2 as an Efficient and Stable Electrocatalyst for Acidic Oxygen Evolution Reaction

电催化剂 羟基化 析氧 氧气 溶解 化学 无机化学 催化作用 溶剂化 反应中间体 反应速率常数 反应机理 反应速率 表面扩散 多相催化 光化学
作者
Qian Dang,Zhe Shang,Fengmei Wang,Xiaoming Sun,Hui Li
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:129 (38): 17091-17101 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.5c04487
摘要

The role of surface hydroxylation in the performance of RuO 2 -based electrocatalysts for oxygen evolution reaction (OER) is crucial but still unclear. Using first-principles calculations, we comprehensively studied the impact of surface hydroxylation states on the activity and stability of Mn-doped RuO 2 -based electrocatalysts (denoted as n OH-Mn 0.1 Ru 0.9 O 2, n = 1–5) in acidic OER. It was revealed that the moderately hydroxylated Mn 0.1 Ru 0.9 O 2 demonstrates better performance than the fully hydroxylated structure, and 4OH-Mn 0.1 Ru 0.9 O 2 holds the lowest reaction barrier of 0.14 eV in solvation under the constant potential of 1.5 V, which is lower than those of both pure RuO 2 (0.28 eV) and Mn 0.1 Ru 0.9 O 2 (0.23 eV). Such an increase in catalytic activity stems from the nonstrong-and-nonweak charge transfer of reaction sites. In addition, the synergistic effect of doping and hydroxylation can also increase the stability of RuO 2 through inhibition of structure collapse caused by the dissolution of Ru and the loss of lattice oxygen. The present study has provided a novel strategy for the design of efficient and stable RuO 2 -based acidic OER catalysts through surface hydroxylation.
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