谷物边界丰富的Mo-Doped RuO2用于高效和稳定的质子交换膜水电解
Yaojia Cheng1, Tingting Zhai2, Xue Yong3
1Pingyuan Laboratory, and College of Chemistry, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China.
ACS nano
|September 17, 2025
概括
(Mo) 纳入二氧化卢 (RuO2) 形成具有粒度边界的超细纳米晶体,显著增强氧气演化反应电催化剂活性和质子交换膜水电解的稳定性.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 催化剂是一种催化剂.
背景情况:
- 二氧化卢 (RuO2) 是一个有前途的电催化剂,用于在质子交换膜水电解 (PEMWE) 中的氧化演变反应.
- 由于结构降解和 (Ru) 溶解,RuO2在高电流密度下的不稳定性限制了其实际应用.
- 昂贵的基催化剂仍然是基准,需要开发稳定且具有成本效益的替代品.
研究的目的:
- 为了提高PEMWE基于RuO2的电催化剂的活性和稳定性.
- 调查 (Mo) 合并和谷物边界工程对RuO2.2的影响.
- 为水电解开发一种耐用且高效的阳极材料.
主要方法:
- 在500°C时合成Mo-doped RuO2与超细纳米晶 (4.3nm) 和丰富的粒度边界 (GB-Mo-RuO2) 的合成.
- 电化学表征,包括在各种电流密度 (10 和 100 mA cm−2) 的超电位测量.
- 在PEMWE中对催化剂进行长期稳定性测试,包括在高电流密度 (1和2 A cm−2) 的电池电压测量.
主要成果:
- GB-Mo-RuO2 显示出显著降低的超电位 (185 mV 在 10 mA cm-2 和 280 mV 在 100 mA cm-2).
- 异常稳定性被证明,在10 mA cm-2下450小时,在100 mA cm-2.2下150小时.
- 使用GB-Mo-RuO2作为阳极的PEMWE电池显示出低电池电压 (1.65V在1A cm−2,1.85V在2A cm−2) 和最小的衰变 (56.4μVh−1在1A cm−2在160小时).
结论:
- 将Mo纳入RuO2中会破坏周期性,并产生丰富的粒度边界,导致超细纳米晶体.
- 兴奋剂和粒度边界有效地降低了确定速率的步骤的能量屏障,并抑制了Ru溶解,从而提高了催化剂的性能.
- 开发的GB-Mo-RuO2为高效的质子交换膜水电解提供了基于的电催化剂的高度活性和稳定的替代品.
