钌基氧化物的析氧反应（OER）性能与钌的电子结构密切相关。然而，广泛采用的单金属掺杂方法仅单向调节电子结构，往往无法平衡活性和稳定性。在这里，提出了一种“弹性电子转移”策略，以实现锶、铬共掺钌氧化物催化剂在酸性 OER 中电子结构的双向优化。引入吸电子的锶，通过提高钌的氧化态来激活钌位点。同时，铬作为电子缓冲器，在制备的催化剂中，在锶存在的情况下向钌提供电子，并在 OER 过程中锶溶出时吸收多余电子。铬的这种双向调节特性防止了钌的过氧化，并使其在OER过程中保持高活性氧化态。最佳的 Ru3Cr1Sr0.175 催化剂在 10 mA cm⁻² 时表现出较低的过电位（214 mV）和优异的稳定性（超过 300 小时）。图1：(a) 催化剂合成的示意图。(b) 制备的 Ru3Cr1Sr0.175 的透射电子显微镜（TEM）图像。(c) 制备的 Ru3Cr1Sr0.175 的高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）图像，插图为相应的选区电子衍射（SAED）图案。(d) 制备的 Ru3Cr1Sr0.175 的高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（HADDF-STEM）图像，以及 (e) 相应的能谱分析（EDS）元素分布图。图2: (a) 制备的 Ru3Cr1Srx 催化剂的 XRD 图谱，底部为 CrO2（PDF 00-043-1040）和 RuO2（PDF 00-043-1027）的标准图谱。(b) 制备的 Ru3Cr1Srx 催化剂的 Cr 2p XPS 光谱。(c) 制备的 Ru3Cr1Srx 催化剂的 Sr 3d XPS 光谱。(d) 制备的 Ru3Cr1Srx 催化剂的 O 1s XPS 光谱。(e) 制备的 Ru3Cr1Srx 催化剂、标准钌箔和 RuO2 的 Ru K 边 XANES 光谱，插图为框选区域的放大视图。(f) 制备的 Ru3Cr1Srx 催化剂、标准钌箔和 RuO2 的 Ru K 边 FT-EXAFS 光谱（k-weight=2）。图3：(a) Ru3Cr1Srx 催化剂和商业RuO2（C-RuO2）的几何面积归一化的LSV 曲线。(b) Ru3Cr1Srx催化剂和商业RuO2 的 Tafel 图，标出了 Tafel 斜率。(c) Ru3Cr1Srx催化剂的Nyquist 图。(d) Ru3Cr1Srx催化剂和商业RuO2 在 1.5 V vs. RHE 下的质量活性和 TOF。(e) Ru3Cr1Srx催化剂和商业RuO2 在10 mA cm⁻² 下的计时电位法，质量负载设定为0.5 mg cm-2。图4：(a) 在 10 mA cm-2 下，24 小时连续 OER 过程中钌的溶解比较。(b) OER 前 Cdl 与锶含量的线性拟合。(c) 含锶 Ru3Cr1Srx 催化剂 OER 后 Cdl 与锶含量的线性拟合。(d) 制备的 Ru3Cr1、经过 24 小时OER的 Ru3Cr1、制备的 Ru3Cr1Sr0.175 和经过 24 小时OER的 Ru3Cr1Sr0.175 的非原位 O K 边 XANES 光谱。(e) 制备的和经过 24 小时OER的 Ru3Cr1Sr0.175 催化剂的非原位 Ru K 边 XANES 光谱。(f) 经过 24 小时OER的 Ru3Cr1Srx催化剂的非原位 Cr 2p XPS 光谱。图5: (a) 计算的 RuO2(100) 的二维表面 Pourbaix 图，作为 pH 和相对于标准氢电极（SHE）的电位的函数。(b) 微动力学火山图，显示 RuO2 和 Cr-RuO2 的预测活性。插图显示了计算中考虑的表面状态。颜色：钌（灰色）、氧（红色）、氢（白色）和铬（蓝色）。(c) RuO2 和 Cr-RuO2(110) 上活性钌位点的 d 轨道的计算 PDOS。费米能级（Ef）被校准为零。总的来说，报告了一种“弹性电子转移”策略，以双向优化 Ru 活性位点的电子结构，从而实现高活性和耐久性的酸性 OER。锶和铬的共掺杂协同微调 Ru 的氧化态，使得制备的 Ru3Cr1Sr0.175 催化剂具有最佳性能。铬缓冲剂通过吸收多余电子有效维持高 Ru 氧化态，同时给电子特性在 OER 过程中防止 Ru 过氧化，从而显著增强了稳定性。DFT 计算表明，掺杂的铬削弱了中间体的结合强度，促进了 OER 动力学。优化后的 Ru3Cr1Sr0.175 在 10 mA cm⁻² 下的过电位为 214 mV，且在 10 mA cm⁻² 下的稳定性延长至 300 小时，这归因于稳定的高Ru氧化态和Ru-O杂化。这项工作提出了一种灵活有效的策略，通过多金属共掺杂双向操控 Ru 电子结构，旨在设计高效的酸性 OER 催化剂。Synergistic Sr-Activation and Cr-Buffering Effect on RuO2 Electronic Structures for Enhancing Acidic Oxygen Evolution Reaction，Nano Lettershttps://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c02605
