北京化工大學《AFM》，一種高效析氧反應電催化劑！

隨著化石燃料過度使用引起的環境問題日益嚴重，開發清潔高效的永續能源迫在眉睫。電化學裂水產生的氫氣可以實現間歇性可再生能源的大規模儲存。設計高效、穩定、低成本的質子交換膜電解槽析氧催化劑仍然是一個挑戰。RuO₂成本相對較低，但穩定性較差。

來自北京化工大學的研究人員，報導了硫酸鹽陰離子摻雜對提高RuO₂的OER活性和穩定性的關鍵作用。配合Fe離子摻雜，硫酸鹽功能化RuFeO_x（S-RuFeO_x）在10 mAcm⁻²時表現出顯著的過電流變效能，其過電位僅為187 mV，囙此穩定性大大提高。S-RuFeO_x優异的OER活性歸因於硫酸鹽摻雜削弱了*OO-H中間體的吸附，而Fe摻雜促進了化學吸附水分子的去質子化形成*OOH的雙重正電子效應。穩定性的提高部分是由於硫酸鹽摻雜穩定了晶格氧。這些結果表明，陰陽離子共摻雜RuO₂是一種很有前途的高效OER電催化劑。相關論文發表在Advanced Functional Materials。

論文連結：

https://doi.org/10.1002/adfm.202101405

綜上所述，本文開發了硫酸鹽陰離子和鐵陽離子共摻雜的RuO₂，其具有較高的OER活性和在酸性條件下的穩定性。合成的S-RuFeO_x在10 mA cm⁻²時的過電位較低，僅為187 mV，且在50h的CP測試中表現出較高的穩定性。S-RuFeO_x突出的OER催化效能來自兩個方面：1）硫酸鹽削弱了*OO-H中間體的吸附能；2）Fe摻雜促進了水分子的去質子化。此外，硫酸鹽可以穩定晶格氧，從而提高催化劑的穩定性。這些發現揭示了陰離子摻雜對高效OER電催化劑的有效作用。（文：SSC）

圖1.Ru、Fe-S前驅體和S-RuFeO_x催化劑的表徵

圖2.a）Ru、Fe-S、S-RuFeO_x、S-RuO₂、S-Fe₂O₃和工業RuO₂催化劑在O₂飽和的0.1M HClO₄電解液中的OER極化曲線。掃描速度：10 mV s⁻¹；轉速：1600rpm。

圖3.酸中OER的反應機理示意圖。a）在RuO₂（110）上；b）在S-RuFeO_x上。

圖4.a）在Ar飽和的0.1M HClO4電解質中，S-RuFeO_x、S-RuO₂和商用RuO₂的電位從1.0 V步進到1.6V時記錄的原位ATR-SEIRAS光譜。

圖5.商用RuO₂、S-RuO₂和S-RuFeO_x在5000次迴圈CV測試前後的高解析度a）Ru3d，b）O 1s XPS譜。

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