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Die Katalysator-Elektrolyt-Schnittstelle spielt eine entscheidende Rolle in der Protonenaustauschmembran-Wasserelektrolyse (PEMWE). Die Optimierung der interfacialen Wasserstoffbindung zur Verbesserung sowohl der katalytischen Aktivität als auch der Stabilität bleibt jedoch eine wesentliche Herausforderung. Hier wird eine neuartige Katalysator-Designstrategie vorgeschlagen, die auf dem Prinzip der Hart-Weich-Säuren basiert und harte Lewis-Säuren (LAs = ZrO2, TiO2, HfO2) einsetzt, um die Rekonfiguration der interfacialen Wasserstoffbindung zu vermitteln, wodurch die Leistung der säurekatalytischen Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) von RuO2 verbessert wird. Mechanistische Analysen zeigen, dass LAs eine gerichtete Evolution von einem starren Wasserstoffbindungsnetzwerk zu freiem Wasser anstoßen, wodurch die Auffangung von interfacialem Wasser auf der RuO2-Oberfläche verstärkt wird, das kontinuierlich Reaktanten zu den katalytischen Stellen liefert. Darüber hinaus erleichtert das verbundene Wasserstoffbindungsnetzwerk einen schnellen Protonentransfer, wodurch die lokale Säure auf der Katalysatoroberfläche reduziert und strukturelle Korrosion verhindert wird, was die langfristige Stabilität erheblich verbessert. Der Tandemweg der Wasserversorgung und Deprotonierung transformiert den Lösungsmechanismus traditioneller Ru-basierter Katalysatoren und betont die weitreichende Anwendbarkeit. Folglich zeigt ZrO2-RuO2 eine signifikant reduzierte Überpotential von 170 mV und weist eine hohe Haltbarkeit auf, indem es 1800 h bei 10 mA cm-2 unter saurer OER aushält und eine robuste Aktivität von 100 h bei 2 A cm-2 in PEMWE aufrechterhält, wodurch es die meisten Ru/Ir-basierten Katalysatoren übertrifft.
Deng et al. (Mi,) haben diese Frage untersucht.