Безиридиевый электрокатализатор для долговечной реакции выделения кислорода в кислой среде при электролизе воды с протонообменной мембраной

Катализаторы на основе иридия остаются единственными практически применимыми анодными катализаторами для электролиза воды с протонообменной мембраной благодаря высокой стабильности в кислой среде при реакции выделения кислорода, однако их применение существенно ограничивают высокая стоимость и малые запасы иридия. Мы сообщаем о катализаторе на основе диоксида рутения, стабилизированного никелем (Ni–RuO₂), который может стать перспективной альтернативой иридию благодаря высокой активности и долговечности в кислой среде при электролизе воды с протонообменной мембраной. Исходный RuO₂ обладал низкой стабильностью в кислой среде и разрушался за короткое время непрерывной работы, тогда как введение никеля значительно повышало стабильность кристаллической решётки RuO₂ и увеличивало срок службы более чем на порядок. При использовании в качестве анодного катализатора электролизёра с протонообменной мембраной Ni–RuO₂ сохранял стабильность более 1000 ч при плотности тока электролиза воды 200 мА/см², что указывает на его потенциальную применимость на практике. Расчёты теории функционала плотности в сочетании с анализом методом дифференциальной электрохимической масс-спектрометрии в режиме operando подтвердили механизм реакции с участием адсорбированных интермедиатов на Ni–RuO₂, а также ключевую роль легирующих добавок никеля в стабилизации поверхностного Ru и подповерхностного кислорода, обеспечивающей повышение долговечности катализатора.