浙大孙文平团队，最新AM！

第一作者：Guoqiang Zhao

通讯作者：孙文平

通讯单位：浙江大学

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开发高效、耐用的析氧反应（OER）电催化剂对于质子交换膜水电解（PEMWE）至关重要。氧化钌（RuO₂）本身具有高OER活性，但同时存在的电化学溶解导致了快速失活。

本研究中，浙江大学孙文平团队报道了一种含有金属钌-钌相互作用（m-RuO₂）的独特RuO₂催化剂，该催化剂在实际PEMWE中60℃和1 A cm^–2的条件下能稳定运行100小时。

实验和理论研究表明，钌-钌相互作用的存在显著增加了形成RuO₂(OH)₂的能垒，它是钌溶解的关键中间体，从而大幅减轻了m-RuO₂的电化学腐蚀。同时，Ru4d的带心下移，相应地保证了高OER活性，并且在钌-钌位点处晶格氧参与OER也被抑制，进一步有助于增强耐久性。

有趣的是，这种增强的稳定性还依赖于金属钌-钌团簇的大小，对于Ru₃，能垒进一步增加，但对于Ru₅则降低。这些结果突出了局部配位结构调节对RuO₂电化学稳定性的重要性，并为开发高性能PEMWE的稳健OER电催化剂提供了一条可行的途径。

图文导读

图1：m-RuO₂的结构表征结果，包括TEM图像、HAADF-STEM图像、XPS光谱、EXAFS光谱以及RuO₂的电子结构。

图2：样品在0.5 M H₂SO₄中的OER性能，包括LSV曲线、多步计时电流法测试以及使用m-RuO₂和r-RuO₂作为阳极催化剂的PEMWEs的LSV曲线和电池电压。

图3：OER过程中/后的样品结构表征结果，包括¹⁸O比率、Ru K边的k³ EXAFS光谱以及r-RuO₂和m-RuO₂在OER期间的原位同步辐射ATR-FTIR光谱。

图5：基于DFT计算的OER性能，包括通过AEM和LOM的OER自由能曲线以及不同催化剂的溶解过程的自由能曲线。

总结展望

本研究开发了一种新型的RuO₂基OER电催化剂，通过引入金属钌-钌相互作用显著提高了催化剂的稳定性。

实验结果表明，m-RuO₂在高工作电位下展现出优异的稳定性，能够在60℃和1 A cm^–2的条件下稳定运行100小时而没有明显溶解。理论计算证实，钌-钌相互作用能够提高形成RuO₂(OH)₂的能垒，从而减缓了Ru的溶解过程。此外，Ru4d带心的下移有助于提高OER活性，并抑制了晶格氧在OER中的参与。

值得注意的是，稳定性增强与钌团簇的大小有关，Ru₃团簇显示出更高的能垒，而Ru₅团簇则降低。本研究不仅增进了对RuO₂稳定性本质的理解，而且为开发用于成本效益高的PEMWE的稳健OER电催化剂提供了有效的策略。

文献信息

标题：Metallic Ru-Ru Interaction in Ruthenium Oxide Enabling Durable Proton Exchange Membrane Water Electrolysis

期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202404213