苏大NC：2D Ru-Ir氧化物稳定氧化带电的Ru增强酸性OER

酸中的析氧反应在多种储能装置中起着重要作用。具有实际应用前景的Ru-Ir基催化剂既需要Ru中心稳定的高氧化态，又需要这些Ru物种的高稳定性。在这里，我们报道了二维氧化钌铱中稳定和氧化带电的Ru增强了活性。Ru0.5Ir0.5O2催化剂在酸中表现出较高的活性，在10 mA cm−2下过电位低至151 mV，在1.44 V下相对可逆氢电极具有6.84 s−1的高周转频率和良好的稳定性(运行618.3 h)。通过脉冲电压感应电流法证实，在较低的外加电压下，Ru0.5Ir0.5O2催化剂在掺入Ir后可以形成更多具有高氧化态的Ru活性位点。x射线吸收光谱数据表明，Ru-O-Ir在二维Ru0.5Ir0.5O2固溶体中的局部结构提高了这些Ru中心的稳定性。

Ru0.5Ir0.5O2的(a)SEM图和(b)TEM图。(b1)Ru0.5Ir0.5O2的SAED图案，其中六边形图案显示[0001]投影。(c)Ru0.5Ir0.5O2的XRD谱图。插图是(c)中标记区域的大图。(d)Ru0.5Ir0.5O2的像差校正HAADF-STEM图像。(e) (d)中区域的高倍图像。(f)Ru0.5Ir0.5O2的原子结构示意图，Ru, Ir, O原子由蓝色，灰色和红色球体表示。

(a)Ru0.5Ir0.5O2和C-RuO2的Ru 3p XPS光谱。(b)Ru0.5Ir0.5O2和C-IrO2的XPS光谱。(c)Ru0.5Ir0.5O2, c-RuO2和Ru箔的Ru K-edge XANES光谱。(d)Ru0.5Ir0.5O2, C-IrO2和Ir箔的Ir L3边缘XANES光谱。(e)Ru0.5Ir0.5O2、C-RuO2和Ru箔的Ru k边谱的傅立叶变换EXAFS谱。(f)收集Ru0.5Ir0.5O2、C-IrO2和Ir箔在Ir l3边缘的傅立叶变换EXAFS光谱。Ru0.5Ir0.5O2, C-RuO2和Ru箔的(g-i)Ru k边WT-EXAFS。(j -l) Ir L3-edge WT-EXAFS的Ru0.5Ir0.5O2, C-IrO2和Ir箔。

(a)在O2饱和的0.5 M H2SO4电解液中，Ru0.5Ir0.5O2、C-IrO2和C-RuO2的OER极化曲线，并进行iR校正(载量~ 283 μg cm−2)。(b)根据相应的LSV曲线计算了在0.5 M H2SO4电解质中收集的Ru0.5Ir0.5O2、c -IrO2和c -RuO2的Tafel图。(c)不同催化剂在10 mA cm−2时的过电位和1.44 V电流密度vs RHE的比较。(d)Ru0.5Ir0.5O2、C-IrO2和C-RuO2的质量活性和TOF。(e)不同催化剂计时电位测定的比较。(f)各种电催化剂在酸性介质中10 mA cm−2所需过电位和计时电位耐久性的比较。

(a)无水乙腈中Ru0.5Ir0.5O2、C-IrO2和C-RuO2的CV曲线。(b)O2饱和的0.5 M H2SO4电解质中，Ru0.5Ir0.5O2、C-IrO2和C-RuO2在1.195 V vs. RHE阴极电位和1.245 ~ 1.645 V vs RHE阳极非iR校正电位之间的PVC方案。(c)PVC协议(黑色)和显示氧化和还原与电流响应(红色)。(d)Ru0.5Ir0.5O2的阳极和反向阴极电流衰减。(e)Ru0.5Ir0.5O2, C-IrO2和C-RuO2的总电荷(积分阳极电荷)与PVC电位关系。(f)由归一化阳极电荷到PVC的电位阶跃得到的阳极电容。(g) Ru0.5Ir0.5O2、C-IrO2和C-RuO2的TPV曲线。(h) 10 Hz下Ru0.5Ir0.5O2、C-IrO2和C-RuO2的强度-时间曲线。(t1、t2、t3分别为Ru0.5Ir0.5O2、C-IrO2、C-RuO2峰值时间)。(i)不同频率(10、20、30、40、50、60、70、80 Hz)下Ru0.5Ir0.5O2与C-IrO2、C-RuO2峰值出现时间比较。

与C-IrO2和C-RuO2相比，Ru0.5Ir0.5O2在低电压下表现出氧化态的增加。CV结果表明，在相同条件下，Ru0.5Ir0.5O2材料中的Ru组分比Ir组分更容易被氧化。这表明在低电压下，Ru0.5Ir0.5O2比C-IrO2和C-RuO2更容易产生更多的价态Ru活性位点，这可能是Ru0.5Ir0.5O2比Ru0.5Ir0.5O2具有较好的酸性析氧反应(OER)活性的主要原因。

(a)Ru0.5Ir0.5O2(−331.4 eV)的原子结构和Edft。C-IrO2 (b)和C-RuO2(c)的原子结构(蓝色，Ru;灰色,红外;(d)Ru0.5Ir0.5O2上OER机理示意图(蓝色，Ru;灰色,红外;阿,红色;白色，H). (e)在设定电位为0和1.23 V的Ru0.5Ir0.5O2催化剂上的反应路径。过电位(±)被标记为方便观察。

综上所述，我们证明了用两步机械热法制备的定义明确的二维Ru0.5Ir0.5O2取代固溶体是一种具有高OER活性和酸稳定性的材料。Ru0.5Ir0.5O2在10 mA cm−2下的过电位仅为151 mV，其催化活性的增强归因于在低电压下产生了更多具有高氧化态的Ru活性位点，并且表面氧化电荷浓度增加。在10 mA cm−2下运行618.3 h后，Ru0.5Ir0.5O2也表现出良好的稳定性。除了Ru0.5Ir0.5O2的二维结构特征外，Ru-O-Ir的局部结构中强相互作用，即Ru-O-Ir的高稳定性，防止了活性位点的过度氧化溶解。

Stable and oxidative charged Ru enhance the acidic oxygen evolution reaction activity in two-dimensional ruthenium-iridium oxide | Nature Communications

https://doi.org/10.1038/s41467-023-41036-9