南京师范大学JMCA：含氧中间体在Ru-Sn固溶体氧化物上竞争吸附，显著提高碱性OER活性

析氧反应(OER)是电化学水分解过程中的关键半反应，在大规模制氢过程中起着至关重要的作用。然而，OER的高热力学能垒(237 kJ mol⁻¹)和缓慢的动力学限制了制氢效率。因此，迫切需要开发高效、稳定的电催化剂，以提高OER的热力学和动力学活性。为了实现对OER的高催化活性，必须调节含氧中间体与催化剂活性位点之间的吸附强度。根据Nørskov等人提出的理论，每个含氧中间体的结合能都是线性相关的，不能被独立调制。

因此，氧中间体在活性位点上的中等吸附强度有利于促进OER过程的催化效率。根据火山理论，二氧化钌(RuO₂)被认为是OER反应的基准电催化剂。但是，RuO₂基催化剂的Ru位点和O中间体之间较强的吸附强度限制了其整体催化活性，因此需要对RuO₂基催化剂的电子结构进行精确调制，进而提高OER催化活性。

考虑到Sn和Ru相同的阳离子价态、相似的离子半径和氧化物晶体结构，南京师范大学孙瀚君和唐亚文等将Sn加入到RuO₂中，构建金红石结构的Ru-Sn固态溶液氧化物(Ru_0.6Sn_0.4O₂)，采用竞争吸附策略来加速OER动力学。

实验结果和理论计算表明，Sn是一种具有优异*O吸附能力的高嗜氧元素，通过中间体在Ru位点与Sn位点之间的竞争性吸附，缓解了*O在Ru位点上的过度吸附，进一步显著提高了在碱性介质中水分解的活性和耐久性。

电化学测试结果显示，所制备的Ru_0.6Sn_0.4O₂催化剂具有优异的OER活性，其在10 mA cm⁻²电流密度下的过电位仅为245 mV，Tafel斜率为61.80 mV dec⁻¹；同时，该催化剂在10 mA cm⁻²电流密度下连续运行32小时而没有发生明显的活性下降，并且反应后材料的形貌和结构基本保持原状，表明Ru_0.6Sn_0.4O₂具有优异的稳定性。

综上所述，该项工作证明了中间体竞争吸附策略对提高催化活性的可行性，为设计高效固溶体氧化物电催化剂提供了思路。

Competitive Adsorption of Oxygen-containing Intermediates on Ruthenium-tin Solid-solution Oxides for Alkaline Oxygen Evolution. Journal of Materials Chemistry A, 2023. DOI: 10.1039/d3ta05347d