结晶度驱动RuO?析氧反应从晶格氧机制向吸附物演化机制转变及其活性-稳定性权衡

《National Science Review》：Unveiling the role of crystallinity of RuO2 catalysts for regulating the acidic oxygen evolution reaction

　　

摘要

由于难以在合成中将结构有序度与成分变化解耦，结晶度在调控 RuO₂ 酸性析氧反应 (OER) 中的内在作用仍难以明确。在此，我们开发了一种氧分压控制的热解策略，以实现纯 RuO₂ 纳米催化剂的分级结晶度，从而建立一个原始模型来阐明这种结构 - 功能关系。我们揭示，非晶态 RuO₂ 具有无序的悬挂氧，易于发生质子化，从而触发一种快速但具有降解性的晶格氧介导机制 (LOM)，在 10 mA cm^?2 下展现出超低的 154 mV 过电位。相反，结晶度的增加稳定了 RuO₆ 骨架，抑制了质子化，并将反应路径转向稳定的吸附物演化机制 (AEM)。关键在于，高度结晶的 RuO₂ 在质子交换膜电解槽中需要过高的槽电压（在 1.0 A cm^?2 下为 1.72 V），反而加速了氧化刻蚀。本研究揭示了一种由结晶度驱动的从 LOM 到 AEM 的转变，确定中等结晶度作为平衡活性与稳定性的实用策略。