开发具有异质界面的钌基催化剂是提高酸性析氧反应(OER)性能的关键。在本研究中，我们首先采用固相热解法制备了RuO2/CoMnO3纳米片催化剂，该催化剂具有Ru含量低的特点，在1.53 V下具有较高的OER质量活性(1742.9 A gRu-1)和优异的稳定性(在10 mA cm-2下，在0.5 M H2SO4中具有500 h的稳定性)。值得注意的是，Co和Mn位点通过桥氧促进电子转移到Ru位点，避免了Ru的过度氧化，这一点可以从Mn和Co的平均表面氧化态(SOS)增加和Ru的平均SOS变化中得到证明。此外，异质界面可以降低OER能垒，抑制晶格氧的参与。这项工作表明，采用具有可调节异质界面的负载良好的催化剂可以显著提高钌基催化剂的活性和稳定性。
固相热解法合成CMR示意图
(a, b) Ru, Co, Mn, O的SEM及相应元素映射图;(c, d) CMR-2的TEM及相应粒度分布图像;(e) CMR-2 HRTEM图像;(f) CMR-1、CMR-2、CMR-3的XRD谱图;(g-i) CMR-2的Co 2p, Mn 2p和Ru 3p的高分辨率XPS光谱和相应的拟合峰。
(a) CV曲线和(b) LSV曲线;(c)过电位直方图;(d)塔菲尔斜率;(e) ECSA比活性和质量比活性;(f) TOF曲线;(g) CMR-1、CMR-2和CMR-3的10,000 CV循环后的LSV曲线;(h) CMR-2在10 mA cm-2下的CP曲线。
对CMR-2的酸性OER机制的认识:(a) Nyquist图;(b)波德图;(c)不同过电位下测量的KIE值;(d) 1.2 ~ 1.7 V电位范围内记录的ATR-FTIR光谱;(e)连续四次CV运行的DEM谱;(f, g) 4次CV运行时产品中32O2、34O2和36O2的含量;(h)四次CV运行时产品中16O/18O的比值;OER机制示意图。
CMR和RuO2优化结构的DFT计算:(a) Ru的DOS曲线(d) CMR和RuO2的DOS曲线;(b) CMR和RuO2的O(p) DOS曲线;(c) CMR表面的Bader电荷(黑色值代表获得电子的趋势;青色值表示失去电子的趋势);(d) CMR上OER的自由能阶跃图。
综上所述，本文首次成功制备了RuO2/CoMnO3纳米片催化剂。优化后的RuO2/CoMnO3纳米片催化剂在1.53 V下的质量活性高达1742.9 A gRu-1，在10 mA cm-2下的稳定性为500 h，降低了Ru负载含量，提高了酸性OER活性。这得益于RuO2/CoMnO3独特的异质界面，可以有效抑制LOM，促进AEM。此外，Co和Mn位点通过桥氧促进电子转移到Ru活性位点，以避免过度氧化。更重要的是，这项工作为设计和合成酸性OER的Ru基负载催化剂提供了见解，从而促进了它们在PEMWE中的有效应用。
Constructing Adjustable Heterointerface for Enhancing Acidic Oxygen Evolution Performances of RuO2@CoMnO3 Nanosheets Electrocatalysts | ACS Materials Letters
https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.4c00778
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