Heteroanion induced structural asymmetricity centered on Ru sites switches the rate-determining step of acid water oxidation
原创 eChemStore eChemStore 2024-02-09 09:30 中国香港
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论文拟解决的关键挑战：
随着可再生能源需求的迅速扩大，利用酸性水裂解大规模生产绿色氢迫在眉睫。然而，由于该过程中水氧化动力学缓慢，加之其对高成本的Ir基催化剂的强烈依赖，该技术仍受到严重限制。开发无Ir基析氧反应(OER)催化剂是电解生产氢的关键。
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图文简介：
针对上述挑战，武汉理工大学的木士春教授团队在Energy & Environmental Science发表论文，该团队提出了一种Se, S异质离子调制策略，通过诱导结构不对称来提高阳离子Ru位点的OER活性和稳定性。由于Se和S在原子半径、金属丰度和电离能上的差异，它不仅改变了原始RuS2的八面体排列和键长，而且还起到电荷调整剂的作用，促进电子向Ru积聚。这显著降低了速率决定步骤的热力学势垒和催化剂的快速酸水氧化动力学。
优化后的Ru2(S3Se)的电子结构和配位环境实现了超高的水氧化活性(186 mV @ 10 mA cm-2)，质量和比活性分别是商品RuO2的28.2和10.5倍。此外，Se和S的协同作用有效抑制了可溶性Ru物质的形成，从而提高了OER的稳定性。
理论计算和原位检测技术进一步揭示了Ru2(S3Se)表面的反应路径和结构变化，通过降低速率决定步骤(RDS)的能量势垒和Se-Ru-S键的强耦合来合理地提高性能。
这项工作不仅加深了对催化机理的认识，还为提高无Ir催化剂的酸性析氧反应(OER)能力开辟了一条途径，为全面理解Ru活性位点主导的OER途径迈出了重要的一步