全文概要
美国康奈尔大学Jin Suntivich研究团队 研究了外延应变对RuO₂(110)薄膜表面形貌的影响。该团队通过分子束外延在TiO₂(110)衬底上生长不同厚度的RuO₂薄膜，发现当膜厚超过9 nm时，薄膜通过形成台阶边缘以释放应变，暴露出RuO₂的低能(011)晶面。密度泛函理论计算表明，(011)面具有与(110)面相近的低表面能，说明该重构过程的能量代价极小。原位原子力显微镜显示，在电化学条件下薄膜仍保持(110)平台结构。电感耦合等离子体质谱进一步证实，Ru的溶解行为不受应变影响。该研究揭示了RuO₂(110)通过表面重构缓解应变的机制，且该过程不损害其电化学稳定性。
本文要点
应变诱导形貌重构：厚度≥9 nm的RuO₂薄膜在[001]方向承受-4.7%压缩应变、[1̄10]方向承受+2.3%拉伸应变，通过形成(011)台阶边缘释放应变，形成菱形交叉网格结构。
表面结构与稳定性：重构后的表面仍以(110)平台为主，粗糙度低（RMS ~0.231 nm），(011)边缘原子占比<1%，且其低表面能特性使得台阶边缘Ru原子具有与平台相当的抗腐蚀性。
电化学行为：应变影响OHad和Oad的氧化还原峰位，但对酸性介质中的析氧反应活性和Ru溶解速率无显著影响，表明活性主要由(110)平台控制，且重构不引入易腐蚀缺陷。
机理启示：该应变释放机制不依赖于电解质环境，重构在生长过程中发生，并在电化学测试中保持稳定，为设计耐腐蚀应变电催化剂提供了新思路。
文献详情
Jacob Som, Austin J. Reese, Luka Mitrovic, et al. Strained-Induced Morphological Reconstruction of RuO₂(110) Thin-Film Electrocatalysts, J. Am. Chem. Soc. (2025) DOI: 10.1021/jacs.5c08607
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https://doi.org/10.1021/jacs.5c08607
