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【DFT+實驗】華南理工蔣仲杰AEM：超薄碳涂層耦合缺陷工程，促進RuO2高效穩定電催化酸性析氧反應

電化學水分解(EWS)是一種綠色和可再生的氫生成技術，但由于析氧半反應(OER)涉及多個質子-電子耦合反應步驟，其廣泛的應用在很大程度上被OER的緩慢動力學所阻礙。因此，開發高效催化劑來驅動OER具有重要意義。

近日，華南理工大學蔣仲杰課題組利用碳納米管(CNT)負載、碳涂層和缺陷工程，成功制備出碳納米管負載的超薄氮摻雜碳包覆富氧空位RuO₂納米顆粒(NC@Vo-RuO₂/CNTs)，顯著提高了RuO₂對酸性OER的催化活性和穩定性。

電化學性能測試結果顯示，在酸性條件下，最優的NC@Vo-RuO₂/CNTs-350在10 mA cm^?2電流密度下僅需要170 mV的過電位，其質量活性比商業RuO₂高110倍；并且其顯示出優異的穩定性，在> 900小時內沒有觀察到明顯的活性損失。

此外，使用NC@V_O-RuO₂/CNTs-350催化劑組裝的電解槽僅需1.45 V的創紀錄低電池電壓就能產生10 mA cm^?2的電流密度，并且在>1000小時內活性略微降低。還有就是，NC@V_O-RuO₂/CNTs-350在中性和堿性介質中對OER也表現出超高的催化活性和良好的穩定性。

實驗結果和密度泛函理論(DFT)計算表明，NC@Vo-RuO₂/CNTs-350的高催化活性主要是由于NC/CNTs與RuO₂納米顆粒之間的強電子耦合作用，增加了Ru活性中心的氧化狀態和催化活性，提高了晶格氧和表面Ru在OER過程中的穩定性。

此外，氧空位的存在可以增強NC/CNTs與RuO₂NPs之間的電子耦合，進而促進催化劑的催化活性。因此，這項工作不僅提供了一種具有超高活性和優良穩定性的新型OER催化劑，而且為未來高性能催化劑的設計和合成提供了新的策略。

Ultrathin Carbon Coating and Defect Engineering Promote RuO₂ as an Efficient Catalyst for Acidic Oxygen Evolution Reaction with Super-High Durability. Advanced Energy Materials, 2023.

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