在酸性介質(zhì)中，高效的析氧反應(yīng)（OER）催化劑是質(zhì)子交換膜（proton exchange membrane, PEM）電解商業(yè)化的迫切需要?；诖耍?strong style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">鄭州大學(xué)盧思宇教授和河南理工大學(xué)劉寶忠教授等人報(bào)道了一種Zn摻雜的RuO2納米線陣列（py-RuO2: Zn）電催化劑，在酸性條件下具有優(yōu)異的OER催化性能。在電流密度為10、500和1000 mA cm-2下，過電位分別低至173、304和373 mV，在10 mA cm-2下穩(wěn)定度可達(dá)1000 h。
通過DFT計(jì)算發(fā)現(xiàn)，Zn在配位不飽和Ru（Rucus）位置比完全配位橋Ru（Rubri）位置更穩(wěn)定，而橋連O可以形成穩(wěn)定的空位位點(diǎn)。對(duì)于純RuO2，OH吸附劑的強(qiáng)結(jié)合導(dǎo)致OER通過AEM路徑進(jìn)行，遵循H2O→*OH→*O→*OOH→O2的四質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移步驟。*OOH的形成是速率決定步驟（RDS），具有2.10 eV的大自由能壘。態(tài)密度（DOS）和電荷密度差表明，Zn給了O一些電子，Zn的d帶中心比Ru低。因此，Zn對(duì)*O、*OH和*OOH的吸收較弱。此外，Zn和Ru之間的電荷差異對(duì)OER起著重要的促進(jìn)作用，導(dǎo)致Zn和Ru上兩個(gè)吸收的*O的電荷差約為0.1 e，從而促進(jìn)了O-O耦合的形成，最終形成O2。由于O空位（VO）缺陷的存在，RuO2: Zn_VO表面的Rucus和Zncus位點(diǎn)的電荷密度都略有增加，同時(shí)Ru帶中心遠(yuǎn)離費(fèi)米，進(jìn)一步優(yōu)化了中間體的吸收。對(duì)于存在VO缺陷的RuO2: Zn，OPM的ΔGmax（*ORu→*ORu…*OHZn）進(jìn)一步減小到1.84 eV。因此，O空位對(duì)費(fèi)米的下移、Zn對(duì)*OH較弱的吸收以及Zn和Ru的電荷差協(xié)同降低了OER過電位，從RuO2的0.87 V降至含有O空位的Zn摻雜RuO2的0.61 V。Construction of Zn-doped RuO2 nanowires for efficient and stable water oxidation in acidic media. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-38213-1.https://doi.org/10.1038/s41467-023-38213-1.
