用于高效持久酸性水氧化的Bi掺杂RuO2催化剂
水电解是将可持续能源提供的电能转化为储存在氢键中的化学能，是一种很有前景的制氢方法。与传统碱性电解槽相比，质子交换膜水电解槽(PEMWE)具有更低的工作温度、更高的电压效率、更高的电流密度和更好的兼容性，已成为一种有前景的绿色制氢技术。然而，反应动力学缓慢的阳极析氧反应(OER)通常需要过多的能量消耗，这极大地限制了PEMWE的效率。目前，能够承受高度氧化和腐蚀性条件的氧化铱(IrO 2)已被认为是最先进的PEMWE阳极催化剂。然而，与低质量活性相关的高成本严格阻碍了大规模利用。因此，设计和探索具有高电催化性能和对酸性OER稳定性的经济高效的催化剂非常紧迫，但仍然具有挑战性。
最近，氧化钌(RuO 2 )由于其高固有活性和低廉的价格而被认为是酸性OER中IrO 2的有前途的替代品。众所周知，提高RuO 2中Ru的初始氧化态以促进活性Ru中心氧化是增强电催化性能的有效策略。为此，人们致力于掺杂外来元素来调节RuO 2基催化剂中Ru的价态，从而大大提高活性。然而，OER过程中Ru位点在高电位下容易过氧化形成可溶性RuO 4 2-物种，通常会导致晶体结构的崩溃和Ru物种的溶解，这就是长期稳定性不令人满意的原因RuO 2用于酸性OER。因此，开发一种有效的策略来平衡RuO 2基催化剂的稳定性和活性之间的跷跷板关系对于PEMWE的实际应用至关重要，但也具有挑战性。
最近，中国武汉大学罗伟教授领导的研究小组开发了一种铋(Bi)掺杂的改性RuO 2催化剂(Bi 0.15 Ru 0.85 O 2)，可同时提高酸性OER的活性和稳定性。X射线光电子能谱(XPS)和Ru L 2,3 -边缘X射线吸收近边结构(XANES)光谱表明Bi掺杂后Bi 0.15 Ru 0.85 O 2中Ru的初始氧化态增加。电化学实验、紫外光电子能谱(UPS)和紫外-可见光谱(UV)光谱表征表明，Bi 0.15 Ru 0.85 O 2具有更快的电子转移和更好的导电性。表观活化能测试和密度泛函理论(DFT)计算结果表明，Bi的引入可以有效降低O*到OOH*速率决定步骤的表观活化能和能垒，从而导致活性大大增强，具有10 mA cm -2时具有200.0 mV的低过电势，以及超过100小时的长期稳定性。
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