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Small：微量S摻雜，助力RuO2柔性納米片高效穩(wěn)定催化酸性O(shè)ER

電化學(xué)水分解技術(shù)作為制備綠色氫燃料的一種有前途的方法，近年來受到了廣泛的關(guān)注。陽極析氧反應(yīng)(OER)因其緩慢的動力學(xué)往往需要高的工作電壓，并且其在決定整個水分解過程的效率中起關(guān)鍵作用。

目前，氧化釕(RuO₂)和氧化銥(IrO₂)被認(rèn)為是最好的OER催化劑，但IrO₂昂貴的價格和稀有儲量在很大程度上阻礙了其廣泛應(yīng)用。作為一種相對經(jīng)濟的OER催化劑，RuO₂被認(rèn)為是有效驅(qū)動OER的理想催化劑。然而，在酸性O(shè)ER條件下，RuO₂通常會轉(zhuǎn)化為可溶性的高價Ru物種，從而嚴(yán)重阻礙了長期催化反應(yīng)的進行。

基于此，廈門大學(xué)黃小青、卜令正和蘇州大學(xué)邵琪等通過硫醇輔助策略，成功制備出微量點陣硫(S)摻雜的RuO₂催化劑，其能夠在酸性條件下穩(wěn)定催化OER。

實驗結(jié)果顯示，在0.5 M H₂SO₄溶液中，最優(yōu)的Ru/S NSs-400催化劑在10 mA cm^?2電流密度下的OER過電位為219 mV，Tafel斜率為54.2 mV dec^?1。

此外，該催化劑在10 mA cm^?2電流密度下連續(xù)運行600小時后沒有表現(xiàn)出明顯的電流密度下降；以Ru/S NSs-400和Pt/C組裝的PEM裝置能夠在250 mA cm^?2電流密度下連續(xù)穩(wěn)定運行300小時，優(yōu)于商業(yè)Ir/C催化劑，表明該催化劑具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。

實驗結(jié)果和理論計算表明，Ru/S NSs-400在酸性條件下優(yōu)異的穩(wěn)定性可歸因于：S摻雜不僅改變了Ru的電子結(jié)構(gòu)，通過形成Ru-S配位降低了Ru的d帶中心，調(diào)節(jié)了反應(yīng)中間體的吸附能，而且穩(wěn)定了氧化反應(yīng)中的Ru和晶格氧。

此外，該策略還可以推廣到其他與Ru有關(guān)的催化劑。總的來說，這項工作突出了S摻雜策略的重要性，為設(shè)計高活性和穩(wěn)定的催化劑用于酸性O(shè)ER催化提供了指導(dǎo)。

Trace Lattice S Inserted RuO₂ Flexible Nanosheets for Efficient and Long-Term Acidic Oxygen Evolution Catalysis. Small, 2023. DOI: 10.1002/smll.202208202

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