質(zhì)子交換膜分解水電解槽（PEM）為大規(guī)模制備綠氫提供高效策略，其中RuO2催化劑展示優(yōu)異性能，但是穩(wěn)定性較低。理解operando反應(yīng)條件下，催化劑的原子結(jié)構(gòu)變化過程非常關(guān)鍵，但是對于增強(qiáng)RuO2的酸性O(shè)ER反應(yīng)的持久性仍然是個巨大挑戰(zhàn)。
有鑒于此，華東理工大學(xué)王海豐教授、楊化桂教授、袁海洋副教授、侯宇教授等提出適應(yīng)性的機(jī)器學(xué)習(xí)工作流，研究過電勢有關(guān)的復(fù)雜組成和結(jié)構(gòu)的RuO2(110)表面的態(tài)-態(tài)轉(zhuǎn)變，將結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性之間建立關(guān)系。
本文要點(diǎn)：
（1）
發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)畸變RuO5位點(diǎn)的活性位點(diǎn)在較低的過電勢發(fā)生自演變，表現(xiàn)少量Ru溶解和活性自促進(jìn)現(xiàn)象。但是，這種態(tài)具有比較低的電勢阻礙PRC（potential resistance capacity），在更高的過電勢，這種態(tài)變?yōu)槎栊訰uO4結(jié)構(gòu)。為了增強(qiáng)PRC并且緩解活性位點(diǎn)的過度變化，研究金屬摻雜工程，發(fā)現(xiàn)摻雜具有逆火山型（inverse volcano-type doping rule），摻雜導(dǎo)致“金屬-氧”之后的Ru-O化學(xué)鍵的強(qiáng)度與本征Ru-O化學(xué)鍵顯著區(qū)別。
（2）
這個規(guī)則為設(shè)計穩(wěn)定的RuO2催化劑提供理論框架，弄清目前人們對于不同金屬穩(wěn)定RuO2的不同作用。
通過這個規(guī)律，預(yù)測并驗證Na能夠顯著穩(wěn)定RuO2的活性態(tài)，合成Na-RuO2用于a-OER電催化在1800 h內(nèi)沒有性能衰減，因此在PEM電解過程具有長期穩(wěn)定性。這項工作增強(qiáng)RuO2工況結(jié)構(gòu)變化的理解，有助于設(shè)計持久性a-OER電催化劑。
參考文獻(xiàn)
Wenjing Li, Dingming Chen, Zhenxin Lou, Haiyang Yuan*, Xiaopeng Fu, Hao Yang Lin, Miaoyu Lin, Yu Hou*, Haifeng Qi, Peng Fei Liu, Hua Gui Yang*, and Haifeng Wang*, Inhibiting Overoxidation of Dynamically Evolved RuO2 to Achieve a Win–Win in Activity–Stability for Acidic Water Electrolysis, J. Am. Chem. Soc. 2025
DOI: 10.1021/jacs.4c18300
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c18300
