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目前，氧化钌被认为是质子交换膜水电解槽中有前途的Ir基催化剂的替代品，但仍然面临着耐久性有限和动力学缓慢的瓶颈。在此基础上，建立了具有普遍晶界(GBs)的二维非晶/晶异相ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ取代固溶体，以加速酸性析氧反应(OER)动力学，同时延长其长期稳定性。ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ表现出超稳定性，在1.6 V vs RHE下降解速率慢，质量活性为455 A gRu−1，分别比合成RuO2和商品RuO2高约3.6倍和5.9倍。Cr-O-Ru局部单元的强相互作用与ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ的特定二维结构特征协同作用是其增强稳定性的主要原因。同时，高密度GB和由非晶/结晶结构和Cr-O-Ru相互作用定制的缩短的Ru-O键调节了氧中间体的吸附和解吸速率，从而加速了整体酸性OER动力学。

a) XRD谱图和b) ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ和Syn. RuO2的放大XRD谱图。c、d) ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ的典型TEM图像，e) HRTEM图像，f)放大HRTEM图像。g) TEM图像，h) HRTEM图像，i) Syn. RuO2的放大HRTEM图像。j) ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ和k) Syn. RuO2的(101)面强度分布。l)不同Cr / Ru摩尔比制备的催化剂的XRD谱图。m) ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ中O、Cr和Ru的元素映射。

a) ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ， Syn. RuO2和b) Cr2O3的XPS调查光谱。c) ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ和Cr2O3的高分辨率Cr 2p XPS光谱。d) ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ、Syn. RuO2和Comm. RuO2的高分辨率O 1s XPS光谱。e) ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ和参考文献的归一化Cr k边XANES光谱和f) FT-EXAFS光谱。g-j) WT分析Cr箔、CrO3、Cr2O3和ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ。

a) ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ， Syn. RuO2和参考文献的归一化Ru k边XANES光谱。b) ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ， Syn. RuO2和参考文献的FT-EXAFS光谱。c) ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ的FT-EXAFS拟合曲线。d) ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ， Syn. RuO2和Comm. RuO2的高分辨率Ru 3p XPS光谱。e) ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ， Syn. RuO2的EPR谱。f) ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ的晶体结构。g-j) Ru箔、Comm. RuO2、Syn. RuO2和ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ的WT分析。

OER在0.1 M HClO4溶液中的催化活性。a) ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ、Syn. RuO2、Comm. RuO2和Cr2O3具有代表性的极化曲线。b)相应的Tafel斜率。c) ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ与Syn. RuO2, Comm. RuO2的j = 10 mA cm−2过电位和Tafel斜率的比较。d) ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ与最近报道的ru基催化剂的TOF比较。e) ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ、Syn. RuO2和Comm. RuO2的质量活性。f) Cdl和g) ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ， Syn. RuO2, Comm. RuO2和Cr2O3在1.5 V下的Nyquist图。h) ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ与其他代表性钌基催化剂的几何活性比较。

a) ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ和Comm. RuO2的波德相图。c)相角对ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ和Comm. RuO2的外加电位的响应。ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ在OER测试前后的高分辨率XPS光谱:d) Cr 2p, e) Ru 3p, f) O 1s。

综上所述，具有广泛GB的二维非晶/晶异相ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ取代固溶体在酸性介质中被证明是一种高活性和稳定的OER电催化剂。ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ的过电位为239 mV，基准电流密度为10 mA cm−2，质量活性为455 A gRu−1，分别比Syn. RuO2和Comm. RuO2高约3.6倍和5.9倍。ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ的稳定性也明显高于Syn. RuO2和Comm. RuO2，运行40 h后没有过电位升高。高密度GB和非晶/晶体结构的Ru─O键调节氧中间体的吸附和解吸行为，有利于更快的OER动力学。ac-Cr0.53Ru0.47O2-δ中丰富的Ru-O-Cr局部单元通过Cr优先氧化减缓了Ru活性中心的过氧化，从而提高了稳定性。该研究为催化活性的起源和能源相关装置电催化剂的合理设计提供了新的见解。

2D Ruthenium–Chromium Oxide with Rich Grain Boundaries Boosts Acidic Oxygen Evolution Reaction Kinetics - Zhao - Small - Wiley Online Library

https://doi.org/10.1002/smll.202311172