【DFT+实验】华南理工蒋仲杰AEM：超薄碳涂层耦合缺陷工程，促进RuO2高效稳定电催化酸性析氧反应

电化学水分解(EWS)是一种绿色和可再生的氢生成技术，但由于析氧半反应(OER)涉及多个质子-电子耦合反应步骤，其广泛的应用在很大程度上被OER的缓慢动力学所阻碍。因此，开发高效催化剂来驱动OER具有重要意义。

近日，华南理工大学蒋仲杰课题组利用碳纳米管(CNT)负载、碳涂层和缺陷工程，成功制备出碳纳米管负载的超薄氮掺杂碳包覆富氧空位RuO₂纳米颗粒(NC@Vo-RuO₂/CNTs)，显著提高了RuO₂对酸性OER的催化活性和稳定性。

电化学性能测试结果显示，在酸性条件下，最优的NC@Vo-RuO₂/CNTs-350在10 mA cm⁻²电流密度下仅需要170 mV的过电位，其质量活性比商业RuO₂高110倍；并且其显示出优异的稳定性，在> 900小时内没有观察到明显的活性损失。

此外，使用NC@V_O-RuO₂/CNTs-350催化剂组装的电解槽仅需1.45 V的创纪录低电池电压就能产生10 mA cm⁻²的电流密度，并且在>1000小时内活性略微降低。还有就是，NC@V_O-RuO₂/CNTs-350在中性和碱性介质中对OER也表现出超高的催化活性和良好的稳定性。

实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明，NC@Vo-RuO₂/CNTs-350的高催化活性主要是由于NC/CNTs与RuO₂纳米颗粒之间的强电子耦合作用，增加了Ru活性中心的氧化状态和催化活性，提高了晶格氧和表面Ru在OER过程中的稳定性。

此外，氧空位的存在可以增强NC/CNTs与RuO₂NPs之间的电子耦合，进而促进催化剂的催化活性。因此，这项工作不仅提供了一种具有超高活性和优良稳定性的新型OER催化剂，而且为未来高性能催化剂的设计和合成提供了新的策略。

Ultrathin Carbon Coating and Defect Engineering Promote RuO₂ as an Efficient Catalyst for Acidic Oxygen Evolution Reaction with Super-High Durability. Advanced Energy Materials, 2023.

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