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?中科大AM：用富含氧空位的RuO2亞納米皮膚修飾Ru可激活卓越的雙功能性以實(shí)現(xiàn)pH通用整體水分解

時(shí)間：2023-02-11 來(lái)源： 瀏覽：

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水電解有望吸收可再生的中間能源電力，用于綠色H 2 生產(chǎn)。然而，目前Ir/Ru基化合物的基準(zhǔn)陽(yáng)極催化劑存在嚴(yán)重的抗溶解性問(wèn)題。
基于此， 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)章根強(qiáng)教授（通訊作者）等人 報(bào)道了一種有效的修飾策略，將富含氧空位的亞納米R(shí)uO 2 皮膚修飾在相互連接的Ru團(tuán)簇/碳混合微片（Ru@V-RuO 2 /C HMS）上，不僅可以繼承Ru的高HER活性，在酸性和堿性條件下也能激活優(yōu)異的OER催化活性。
作者構(gòu)建了Ru(001)表面、RuO 2 (110)表面、Ru(001)與富含氧空位的RuO 2 (110)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)（Ru@V-RuO 2 ）作為計(jì)算模型。Ru@V-RuO 2 表面更接近零的氫吸附自由能（0.12 eV）意味著氫的加速解吸，表明其HER活性更好。
此外，Ru@V-RuO 2 表面更負(fù)的水分子吸附能（-0.77 eV）表明其比Ru（-0.68 eV）更適合水分子吸附。
本文進(jìn)一步計(jì)算了RuO 2 和Ru@V-RuO 2 表面OER的吉布斯自由能，該過(guò)程是連續(xù)的四質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移步驟，涉及OH*、O*和OOH*中間體。
對(duì)于RuO 2 來(lái)說(shuō)，O*→OOH*（第三步）為決速步，需要克服1.01 eV的能壘。而Ru@V-RuO 2 的決速步為OOH*→O 2 （第四步），能壘為0.69 eV，這表明Ru@V-RuO 2 的OER活性大大提高。分波態(tài)密度（PDOS）圖表明，Ru的d帶中心從-1.98 eV（RuO 2 ）到-2.09 eV（Ru@V-RuO 2 ）的負(fù)移，導(dǎo)致Ru@V-RuO 2 表面和吸附中間體之間的化學(xué)鍵變?nèi)酰诶碚撋蟽?yōu)化了吸附自由能，實(shí)驗(yàn)上降低了過(guò)電位。
Arming Ru with Oxygen Vacancy Enriched RuO 2 Sub-nanometer Skin Activates Superior Bifunctionality for pH-Universal Overall Water Splitting. Adv. Mater. , 2023 , DOI: 10.1002/adma.202206351.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.202206351.

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