武大Angewandte：揭示水在RuO2上的结构和解离高效酸性OER
发布日期：2024-10-22 点击次数：
了解催化剂-电解质界面水分子的结构和酸性析氧反应动力学过程对质子交换膜水电解槽的开发具有重要意义。在此◆■★★★，我们构建了一系列p嵌段金属元素（Ga, In, Sn）掺杂的RuO2催化剂，通过操纵电子结构和Ru-O共价来研究电化学界面工程对提高酸性OER活性的影响。结合operando减弱全反射表面增强红外吸收光谱测量和理论分析，揭示了Ga-RuO2表面的自由- H2O富集的局部环境和从4-配位氢键水和2-配位氢键水到自由-H2O的动态演化，是通过促进溶剂重组来优化双电层氢键网络连连的原因■◆◆★◆◆。此外，结构有序的界面水分子促进了高效的质子耦合电子在界面上的转移，从而降低了后续解离过程的能量势垒，增强了酸性OER性能。本研究强调了酸性OER中界面水的结构和动态过程的关键作用，并证明了电化学界面工程是设计高性能电催化剂的有效策略◆★★。
总之，我们报告了一种通过p-p轨道耦合精确调整Ru-O共价的简单策略，从而导致Ru-O共价与酸性OER活性之间的火山型校正。更重要的是◆■■■◆◆，我们利用operando ATR-SEIRAS光谱监测了酸性OER过程中EDL界面水微环境，揭示了界面水分子的结构和动态光谱证据■★■。我们证明了在优化的氢键网络连通性的帮助下，创造了一个连续的界面无水富集的局部环境◆★★★，从而导致edl的电子转移效率加快■★■，降低了水解离的能量势垒，这有利于增强酸性OER性能。本研究突出了界面水分子的结构和动态过程在酸性OER中的关键作用，为合理设计高活性酸性OER电催化剂等提供了新的原理◆◆★■。
