锡掺杂铱-钌固溶体氧化物：高效析氧与锌电解阳极催化剂的创新设计

本文推荐一种新型Ti/IrO2-RuO2-SnO2阳极（DSA），通过热分解法构建锡掺杂固溶体结构，显著降低析氧反应（OER）过电位（330?mV）和能耗（295?kW·h/t-Zn），解决传统铅银阳极的铅污染问题，为绿色锌电解工业提供高效替代方案。

　　

Highlight

本研究首次通过调控Sn含量（0-9%摩尔比）制备Ti/IrO₂-RuO₂-SnO₂阳极，其独特的金红石结构(Ir-Ru-Sn)O₂固溶体通过缩短金属原子间距，优化电荷再分布和电子结构，显著提升OER动力学性能。

Structural and morphological analysis

X射线衍射（XRD）显示，Sn掺杂使阳极涂层晶粒细化（图2a），特征峰27.841°对应金红石结构的IrO₂/RuO₂/SnO₂共晶相（PDF #86-0330、70-2662、72-1147）。扫描电镜（SEM）证实3% Sn样品裂纹最少，表面形成致密纳米颗粒（图2b），而X射线光电子能谱（XPS）揭示Sn⁴⁺的引入调控了RuO₂活性位点对*O中间体的吸附强度。

Electrochemical performance

线性扫描伏安（LSV）测试表明，3% Sn阳极在10 mA/cm²电流密度下过电位仅1.42 V，比铅银阳极低330 mV。电化学阻抗谱（EIS）显示其电荷转移电阻（R_ct）降低76%，证实Sn掺杂加速电子传输。锌电解实验中，该阳极的直流电耗降至295 kW·h/t-Zn，且阴极锌纯度达99.995%（远超国标GB/T 470-2020）。

DFT calculations

密度泛函理论（DFT）模拟表明，Sn掺杂使d带中心远离费米能级，降低O→OOH的能垒（0.82 eV→0.68 eV），并通过电荷密度差分图证实Ir-Ru-Sn三元协同效应优化了OER决速步的吉布斯自由能（ΔG_*OOH下降0.24 eV）。

Conclusions

该工作为开发无铅、高效锌电解阳极提供新思路，Sn掺杂固溶体设计策略可拓展至其他金属电催化体系。