氧化釕基電催化劑被認為是最先進的氧化銥（IRO2）酸性析氧反應（OER）的有前途的替代品。 然而，由於缺乏有效的策略來平衡氧化釕（RuO2）基催化劑的穩定性和活性之間的蹺蹺板關係，質子交換膜水電解槽（PEMWE）的實際應用受到嚴重限制。 在這裡，我們報道了鉍（Bi）摻雜可以顯著提高RuO2的活性和穩定性。 我們發現，BI的引入增加了BI015ru0.RU在85O2中的初始價態促進了RU活性位點的活化，有利於酸性OER的反應動力學。 此外，鉍的存在可以通過降低能量勢壘和避免活性物種的過度氧化來增強電子相互作用，保持結構的穩定性並提高電催化效能。 準備好 BI015ru0.85O2催化劑在酸性介質中具有2000 mV 的低過電位，10 mA cm-2 的電流密度，超過 100 小時的長期穩定性。 本研究為合理設計高活性、耐久性的酸性OER釕基電催化劑提供了重要啟示。
a) bi0.15ru0.85O2和RuO2的XRD譜圖。 （b） 和 （c） bi015ru0.85O2 的 Haadf 莖影象。 (d) bi0.15ru0.85O2 Haadf-STEM影象和相應的EDS元素對映。 (e) bi0.15ru0.RU 3P 在 85O2 和 RuO2 中的高解像度 XPS 譜圖。 (f) bi0.15ru0.實驗 85O2 和 RuO2 的 Rül-edge Xanes 光譜。
bi0.15ru0.85O2在酸性介質中的電化學性質。 （a） BI0.以5 mV S-1的掃瞄速率記錄15ru0.85O2、RuO2 和 C-RuO2 的 LSV 曲線。 （b） Bi0.由LSV曲線推導15ru0.85O2、RuO2 和 C-RuO2 的 Tafel 圖。 (c) bi0.15ru0.85O2和（D）RuO2（E）Bi0的操作波相圖15ru0.85O2和RuO2的相峰角隨電位的變化而變化。 (f) bi0.15ru0.85O2 定時電位穩定性試驗。
a) bi0.15ru0.85O2和RuO2在25°C和65°C下的LSV曲線。 （b） Bi0.對應於不同溫度下的LSV曲線15ru0.不同電位為85O2的EAP資料。 （c） 不同溫度下從LSV曲線獲得的不同RuO2電位的EAPP資料。 (d) bi0.15ru0.85O2 和 RuO2 的 UPS 光譜。 (e) bi0.15ru0.85O2 和 RuO2 的紫外光譜。 (f) bi0.15ru0.85O2和RuO2的主要OER效能指標摘要。 在 145 v vs.RHE是在eApp下計算的。
理論分析。 bi0.15ru0.85O2 （A） 和 RuO2 （B） 的原位拉曼光譜，紅框表示 OOH* 形成。 （c） 基於DFT分析的BI015ru0.85O2電荷密度曲線。 (d) bi0.15ru0.85O2 和 RuO2 到 OER 的途徑。
綜上所述，我們開發了一種通過引入BI來修飾RuO2的簡單策略，該策略顯著提高了酸性OER的活性和穩定性，過電位低至2000 mV，電流密度高達 10 mA cm-2，長期穩定 100 h 以上。 實驗結果表明，BI的引入不僅可以通過促進RU的初始氧化態來啟用RU位點，而且可以通過促進OER過程中BI和RU之間的電子轉移來防止RU的過度氧化。 DFT 計算表明，Bi015ru0.RU位點在85O2中的活化大大降低了電位決定步驟的能量勢壘，促進了OER過程。 本研究為高效穩定的酸性OER電催化劑的合理設計奠定了基礎。
a bi-doped ruo2 catalyst for efficient and durable acidic water oxidation - sciencedirect