锆掺杂调控Ru-O共价性以增强吸附演化机制主导实现超稳定质子交换膜水电解

本文报道了一种通过锆掺杂调控RuO2电子结构的策略，有效削弱Ru-O共价性，抑制晶格氧氧化机制（LOM），促进吸附演化机制（AEM）主导的氧析出反应（OER）路径。该催化剂在酸性环境中表现出221 mV@10 mA cm?2的低过电位和1500小时超长稳定性，为质子交换膜水电解（PEMWE）低成本催化剂设计提供了重要参考。

　　

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Chemicals

水合三氯化钌（RuCl₃·xH₂O）购自上海久灵化学有限公司，四氯化锆（ZrCl₄)由上海阿拉丁生化科技股份有限公司提供。50% Pt/C催化剂采购自庄信万丰，商业二氧化钌（RuO₂，金属纯度99.9%）和二氧化锆（ZrO₂，金属纯度99.9%）均来自上海阿达玛斯试剂有限公司。电极基底采用碳纸（厚度：0.21 mm）...

Structural characterization

锆掺杂RuO₂通过水热法及后续热处理两步制备（图S1）。热处理步骤对去除表面残留杂质和暴露活性位点至关重要。X射线衍射（XRD）结果显示，锆掺杂RuO₂和H-RuO₂均与金红石相RuO₂（ICSD:43–1027）结构吻合（图1a）。对(110)晶面的放大显示，锆掺杂导致衍射峰向低角度偏移，表明Zr⁴⁺成功掺入RuO₂晶格并引起晶格膨胀...

Conclusions

总结而言，我们通过水热法成功将锆掺入RuO₂晶格，设计出兼具优异活性和稳定性的OER电催化剂。实验与密度泛函理论（DFT）计算共同证明，锆掺杂有效调控了钌活性位点的电子结构，优化了关键中间体的吸附能。更重要的是，锆的引入削弱了Ru-O共价性，促进吸附演化机制（AEM）路径的主导地位，从而抑制钌溶解并显著提升催化剂寿命。