近日，热带海洋工程材料及评价全国重点实验室饶鹏副教授团队在《Advanced Functional Materials》上发表题为《Locking the lattice oxygen in commercial RuO₂ for high stable proton exchange membrane water electrolysis》的研究论文。海南大学2023级博士研究生于彦会以及2023级硕士研究生黄桂鑫为论文共同第一作者。海南大学饶鹏副教授，康振烨教授和梁颖博士后为论文共同通讯作者。

尽管由可再生能源驱动的质子交换膜水电解（PEMWE）技术在大规模生产绿色氢气方面展现出巨大潜力，但其商业化进程仍面临挑战，主要源于电子转移过程的复杂性以及氧析出反应（OER）缓慢的动力学问题。二氧化钌（RuO₂）因其优异的本征活性和相对较低的成本而备受关注。然而，传统的钌基氧化物催化剂通常遵循晶格氧氧化机制（LOM），该机制涉及氧空位的形成以及可溶性的氧空位结合中间体（*Ov–RuO₄^2–）的生成。氧空位的产生不仅削弱了氧阴离子的稳定性，还会引起晶体结构坍塌和Ru物种的溶解，从而严重制约催化剂的稳定性。

为破解这一难题，饶鹏副教授团队通过等离子体轰击技术制备了单原子Co修饰的RuO₂催化剂（Co_SA/RuO₂）。研究表明，Co位点降低了RuO₂中晶格氧的迁移率，从而抑制了局部氧化态转移，使得催化剂反应机制从LOM机制转变为吸附演化机制（AEM），进而增强了催化剂稳定性。密度泛函理论计算显示，Co位点引入优化了Ru活性位点上O*和*OOH的吸附强度，并降低了反应决定速率步骤的能垒，从而提高了OER性能。Co_SA/RuO₂催化剂仅需206 mV就能够实现10 mA cm^–2的电流密度，并且能够稳定运行超过800 h。此外，由Co_SA/RuO₂作为阳极组成的PEMWE仅需1.662 V的电压达到1 A cm^–2的电流密度，并且在200 A cm^–2下能够稳定运行超过 550 h，表现出优异的稳定性。这项研究为制造高活性且稳定的Ru氧化物基析氧反应催化剂奠定了基础。

该工作得到了海南大学高层次人才启动基金（KYQD(ZR)20008，KYQD(ZR)23169），国家自然科学基金（52164028，52274297），海南省重点研发计划（No. ZDYF2024SHFZ074）的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202523636