由于OER四電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的動力學(xué)緩慢和催化劑溶解嚴(yán)重，開發(fā)用于酸性析氧反應(yīng)的高活性和耐用的電催化劑仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)?；诖?，香港科技大學(xué)張統(tǒng)一和哈爾濱工業(yè)大學(xué)Kaikai Li、邱華軍等采用電化學(xué)方法將鋰嵌入到具有可調(diào)鋰濃度的RuO2晶格間隙中，以提高RuO2在酸性介質(zhì)中的OER活性和耐久性。
實驗結(jié)果表明，形成的LixRuO2固溶體的OER活性隨著鋰濃度(x)的增加而增加，并且當(dāng)x達到0.52時，Li0.52RuO2催化劑在0.5 M H2SO4中，在10 mA cm-2電流密度下達到創(chuàng)紀(jì)錄的156 mV過電位。同時，Li0.52RuO2在70小時計時電位測試中表現(xiàn)出優(yōu)異的耐久性，過電位增加可忽略不計。XAS分析和DFT計算表明，鋰作為電子供體，會影響RuO2的電子結(jié)構(gòu)和晶格應(yīng)變，Ru-O 4d?-2p雜化隨著Ru-O共價鍵的降低而減弱；隨著穩(wěn)定的Li-O-Ru局部結(jié)構(gòu)的形成，Ru的價態(tài)降低。因此，在OER過程中，晶格氧的參與和Ru的溶解受到抑制，提高了RuO2的穩(wěn)定性。DFT計算表明，由固有晶格應(yīng)變引起的表面結(jié)構(gòu)畸變激活了Ru活性位點附近的懸空O原子作為質(zhì)子受體，從而穩(wěn)定了OOH*，提高了RuO2的活性。這項工作提出了一種創(chuàng)新性的策略，可以同時調(diào)整電子結(jié)構(gòu)和晶格應(yīng)變，以設(shè)計具有潛在實際應(yīng)用的高活性和穩(wěn)定的酸性O(shè)ER催化劑。RuO2 Electronic Structure and Lattice Strain Dual Engineering for Enhanced Acidic Oxygen Evolution Reaction Performance. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-31468-0
