中科大AM：富氧空位RuO2亚纳米片助力Ru团簇实现高效催化pH通用整体水分解

电化学水分解产氢预计作为一个有效的方式存储清洁氢能源，从而在未来氢能发展中可以满足不同的应用。然而，目前用于电催化水分解的电催化剂性能仍然不理想，特别是pH通用的电催化剂，这严重阻碍了在不同电解质中高效析氢的发展。

基于此，中国科学技术大学章根强课题组提出了一种功能化策略，通过使用富含氧空位(O_V)的亚纳米RuO₂材料包裹Ru纳米团簇(Ru@V-RuO₂/C HMS)，可以激活其优越的OER和HER催化活性。

电化学性能测试结果显示，Ru@V-RuO₂/C HMS催化剂在酸性和碱性溶液中，10 mA cm⁻²电流密度下的OER过电位分别为176 mV和201 mV过电位，HER过电位分别为47 mV和6 mV。此外，不论在酸性或碱性条件下，Ru@V-RuO₂/C HMS催化剂都具有优异的电化学稳定性，并且稳定性测试后催化剂的形貌和组分变化几乎可以忽略不计。

实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明，富含O_V的RuO₂亚纳米片包裹Ru核心可以调控Ru和O的d/p带中心，从而平衡H*的吸附/解吸行为(ΔG_H*=0.13 eV)，削弱了含氧中间体的吸附，从而加速其反应动力学。

更重要的是，由Ru@V-RuO₂/C HMS组装的双电极水电解系统仅需小于1.5 V_RHE的电压(1.447 V_RHE，0.5 M H₂SO₄和1.137 V_RHE，1.0 M KOH)就可以达到10 mA cm⁻²的电流密度，显示出Ru@V-RuO₂/C HMS催化剂优异的双功能催化活性。

综上，该项工作可以为设计通过活性核心上的原子尺度的可控修饰来实现高效性能的电催化剂提供指导。

Arming Ru with Oxygen Vacancy Enriched RuO₂ Sub-nanometer Skin Activates Superior Bifunctionality for pH-Universal Overall Water Splitting. Advanced Materials, 2023. DOI: 10.1002/adma.202206351

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