ACS Catalysis：用于酸性水分解的平面单晶氧化物模型电极(RuO2, IrO2)的基础研究

电催化水分解可将来自风能和太阳能等可再生能源的多余能量储存在氢分子的化学键中。到目前为止，只有在酸性条件下的聚合物电解质膜(PEM)电解槽可以应对间歇性的能量供应，但需阴极的贵金属用于析氢反应(HER)和阳极的贵金属氧化物用于析氧反应(OER)。酸性条件下OER的原型氧化物是RuO₂和IrO₂，它们可以满足对长期稳定性和高电催化活性的严格要求。虽然RuO₂的活性明显高于IrO₂，但其的稳定性明显低于IrO₂，故RuO₂和IrO₂的OER速率决定步骤仍存在争论。

基于此，吉森大学Herbert Over研究人员重点讨论超薄单晶RuO₂(110)和IrO₂(110)薄膜在OER和HER电位区的电化学降解。该模型电极的单结晶度可识别结构-性能之间的关系并与理论紧密联系。

研究人员认为目前电催化理论中表观转移系数的建模是最薄弱的，即过电位如何影响表观自由活化能。在高过电位下，第一步不可避免地成为决速步骤，因此转移系数控制着电催化活性。从科学和工程的角度来看，合理设计具有特定传递系数的材料是非常困难的。EC理论的挑战将是提供一个统一的处理双层和实际的电荷转移反应的理论框架，而目前的AIMD只用于模拟双层结构和动力学，电荷转移反应是在过渡态理论中处理的，且依赖于恒电荷或恒电位近似。故其原子尺度观察IrO₂和RuO₂的电化学稳定性和活性会发现其固有的材料特性，这将有助于为酸性水电解槽寻找可替代电极材料。

Fundamental studies of planar single-crystalline oxide model electrodes (RuO₂, IrO₂) for acidic water splitting, ACS Catalysis, 2021. DOI:10.1021/acscatal.1c01973

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ACS Catalysis：用于酸性水分解的平面单晶氧化物模型电极(RuO2, IrO2)的基础研究

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