作为PEM水电解剂的耐用酸氧演化电催化剂,设计3d过渡金属化MRuO
Panpan Sun1, Zelong Qiao1, Xiaobin Dong1
1State Key Laboratory of Organic-Inorganic Composites, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, PR China.
Journal of the American Chemical Society
|May 24, 2024
概括
这项研究介绍了ZnRuO2作为质子交换膜水电解剂 (PEMWE) 的高度稳定的电催化剂. 密度函数理论和实验证实了其在酸氧演化反应中的耐用性,为改进的PEMWE设备铺平了道路.
科学领域:
- 材料科学
- 电化学
- 计算化学
背景情况:
- 质子交换膜水电解器 (PEMWE) 面临着由于 (Ru) 基电催化剂的溶解和氧化的挑战.
- 开发稳定高效的电催化剂对于PEMWE的实际应用至关重要.
研究的目的:
- 在PEMWE中识别和合成一种基于Ru的稳定电催化剂,用于酸氧演化反应 (OER).
- 使用计算和实验方法研究有前途的候选者的稳定机制.
主要方法:
- 密度函数理论 (DFT) 计算以选3D过渡金属合MRuO2的Ru溶解能量.
- 试验合成MRuO2材料,包括已识别的ZnRuO2.
- 在酸性OER中对ZnRuO2进行电化学测试,并在PEMWE中进行长期稳定性测试.
主要成果:
- DFT计算发现ZnRuO2是MRuO2中最稳定的候选物 (M = Sc-Zn).
- 实验合成证实ZnRuO2在15000次CV循环后具有强大的酸性OER稳定性.
- 使用ZnRuO2作为阳极的PEMWE在200 mA cm-2下稳定运行了120小时.
结论:
- 在 ZnRuO2 纳米晶体上的"Zn 丰富"外加强了 Ru-O 键,增强了内在的稳定性.
- 对于高耐久性的PEMWE催化剂,3D金属化,特别是Zn,提供了一种稳定RuO2的通用策略.
- 这项工作展示了使用DFT指导PEMWE应用的催化剂设计的范式.
