RuOx-Graphdiyne中的电子逆流通过氧桥实现稳定的酸性水氧化

《Small》：Electronic Backflow Through Oxygen Bridge in RuOx-Graphdiyne for Stable Acidic Water Oxidation

氧析出反应（OER）催化剂开发中，RuO?通过原位生长在石墨烯基（GDY）上形成金属-支持体强相互作用，产生Ru─O─C氧桥结构，结合正电位下电子回流机制抑制Ru高价态溶解，使RuO?-GDY催化剂在10mA/cm2过电位仅193mV，300小时稳定性衰减率0.13mV/h，1A/cm2时电池电压1.72V优于传统RuO?。

　　

摘要

开发具有成本效益且稳定的催化剂，用于质子交换膜水电解器（PEMWE）中的氧演化反应（OER），仍然是一个重大挑战。尽管RuO₂作为昂贵的IrO_x的替代品显示出潜力，但其大规模应用受到Ru过度氧化为可溶性高价态物种（> +4）的阻碍。在这项研究中，报道了在石墨烯二炔（GDY）上原位生长RuO_x物种的方法，形成了牢固的电子-金属-载体相互作用，从而构建了Ru─O─C氧桥结构。有趣的是，在OER过程中，对Ru的K边进行原位X射线吸收光谱（XAS）分析发现，Ru位点在正电位下出现了意外的电子回流现象，使得Ru保持了稳定的低化学状态。另一方面，对C的K边进行原位XAS分析显示，在OER过程中GDY会失去电子，证实了电子通过氧桥结构从C传递到Ru。这种电子回流过程可以阻止Ru的过度氧化。因此，RuO_x-GDY催化剂在10 mA cm^?2的电流下表现出193 mV的低过电位，并且在300小时内表现出显著的稳定性（降解速率仅为0.13 mV h^?1）。在PEMWE中，该催化剂在1 A cm^{?2₂（1.91 V）。}

利益冲突

作者声明没有竞争性财务利益。

数据可用性声明

支持本研究发现的数据可在本文的补充材料中找到。