东北师大JACS：NiRu掺杂促进四面体-八面体位点协同增强Co3O4酸性OER

纳米技术

2025-03-03

氧化物电催化剂在酸性OER反应中具有不稳定的问题，这是因为由于电流电容效应（current-capacitance effect）导致催化剂氧化和溶解，限制了作为质子交换膜电解水器件应用（PEMWE）。

有鉴于此，东北师范大学邢子豪副教授、常进法教授、中佛罗里达大学杨阳教授等为了解决这些挑战，调节Co₃O₄尖晶石的结构，将Co部分替代为Ni和Ru（记作NiRuCoO_x），研究四面体和八面体位点之间的协同作用。

本文要点：

（1）

设计的催化剂构筑Ru-O-Ni电子耦合作用，促进直接的双氧自由基耦合OER反应路线。DFT理论计算和原位Raman光谱表征，验证Ru是双氧机理的活性位点，Ni能够稳定晶格氧和Ru-O化学键。设计的NiRuCoO_x催化剂在电流密度10 mA cm^-2具有超低的过电势（166 mV）。此外，作为PEMWE的阳极时，NiRuCoOx催化剂在1.72 V就达到3 A cm^-2电流密度，这个性能达到美国能源部制订的2026年目标（1.8 V@3 A cm^-2）。

（2）

PEMWE器件能够稳定工作超1500 h，性能衰减率显著降低至0.025 mV h^-1，比商用RuO₂更好（2.13 mV h^-1）。这项工作为调节Co₃O₄的八面体-四面体位点提供一种有效策略，显著改善PEMWE的活性和稳定性。

参考文献

Mengtian Huo, Hao Sun, Zhao Jin, Wei Liu, Yu Liang, Jingyao Liu, Changpeng Liu, Zihao Xing*, Yang Yang*, and Jinfa Chang*, Tailoring Octahedron-Tetrahedron Synergism in Spinel Catalysts for Acidic Water Electrolysis, J. Am. Chem. Soc. 2025

DOI: 10.1021/jacs.5c00665

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c00665