南科大​李辉等Angew：BCN-0.5Ru高效催化酸性OER

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南科大​李辉等Angew：BCN-0.5Ru高效催化酸性OER
目前，只有少数贵金属氧化物在质子交换膜电解（PEMWE）过程中存在的酸性、高压条件下作为析氧反应（OER）催化剂表现出所需的效率和稳定性，但它们的高成本和稀缺性阻碍了PEMWE的大规模应用。
基于此，南方科技大学李辉教授等人报道了一种新型OER电催化剂，由硼碳氮（BCN）载体负载均匀分散的钌（Ru）团簇组成，即BCN-xRu（x=0.3、0.5、0.7、1.0）。由于具有类似石墨烯的结构，BCN-0.5Ru催化剂表现出比RuO2更高的导电性。在负载量为102 μg cm-2catalyst下，电流密度为10 mA cm-2geo时，过电位仅为164 mV，且在酸性OER连续工作12 h时具有优异的稳定性。
南科大​李辉等Angew：BCN-0.5Ru高效催化酸性OER
通过DFT计算，作者研究了BCN-0.5Ru的催化活性性质及其OER机理。作者将hcp Ru簇限制在BCN支撑表面结构上，RuO2(110)是RuO2纳米晶体中OER最稳定的低指数面之一，选择其作为比较样品。
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一般认为，OER过程中三种中间体的吸附能HO*、O*和HOO*对过电位有显著影响。OER过程包括电荷-质子转移、化学键的裂解/形成以及表面氧中间体的吸附/解吸，如式(1-4)所示；每个质子-电子转移步骤(式1-4)的ΔG可表示为式(5-8)。
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ΔG1-4中最大的ΔGmax可以被认为是速率限制步骤。在BCN-0.5Ru和RuO2(110)表面吸附的氧中间体（*OH、*O、*OOH）的详细优化原子构型，其中*O（*O + H2O → *OOH +H+ e–）生成的*OOH具有最大的自由能隙，因此作者推断这是OER中的限速步骤。BCN-0.5Ru的ΔG(*O-*OOH)（1.59 eV）小于RuO2(110)（2.14 eV），表明BCN载体与Ru的相互作用降低了反应能垒，从而显著提高了反应活性。
南科大​李辉等Angew：BCN-0.5Ru高效催化酸性OER
Low Ruthenium Content Confined on Boron Carbon Nitride as an Efficient and Stable Electrocatalyst for Acidic Oxygen Evolution Reaction. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202308704.

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