由可再生电力驱动的水电解(WE)被广泛认为是可扩展生产绿色氢气的有希望的途径。在各种WE技术中，质子交换膜(PEM)-WE作为一种能够直接与波动电源集成的技术脱颖而出。这归因于其独特的优势，如更高的电流密度、减少的电阻损失、快速的负载响应和最小的气体交叉。
然而，PEM-WE的广泛发展受到缺乏高效和经济有效的阳极酸性水氧化催化剂的限制。几乎所有非贵金属基催化剂不仅需要高的过电位，而且在强酸性和氧化局部条件下还会遭受严重的分解。因此，迫切需要开发高效、稳定和低成本的酸性水氧化催化剂，但这仍然是一个巨大挑战。
近日，西湖大学张彪彪、王涛和浙江工业大学朱艺涵等报道了一种由微波反应制备的亚4 nm Ru-RuO2肖特基纳米结(Ru-RuO2-SN)，它在三电极体系和PEM器件中都表现出高效能和长期稳定性。
原位光谱表征和理论计算表明，金属氧化物诱导的晶格应变和电荷转移增加了Ru-RuO2-SN的功函数，优化了局部电子结构，并降低了金属位点对含氧中间体的解吸能。同时，Ru-RuO2-SN遵循氧化途径机制(OPM)，抑制了表面Ru的过氧化，从而显著提升酸性OER稳定性。
性能测试结果显示，在0.5 M H2SO4溶液中，Ru-RuO2-SN表现出优异的稳定性，在10 mA cm-2电流密度下持续稳定运行超过1400小时。更重要的是，与Ru-RuO2-SN集成的膜电极组体(MEA)在60 °C下仅需1.602 V的电池电压即可达到1.0 A cm-2的电流密度，同时可在100 mA cm-2下稳定运行超过1100小时，优于大多数Ru基催化剂。
总的来说，该项工作这项研究不仅加深了对Ru基酸性水氧化机制的理解，而且展示了它们在PEM-WE中的巨大实际应用潜力。
Sub-4 nm Ru-RuO2 schottky nanojunction as a catalyst for durable acidic water oxidation. Journal of the American Chemical Society, 2025.DOI: 10.1021/jacs.5c01876
张彪彪，2009年本科毕业于曲阜师范大学，2015年在大连理工大学获得工学博士学位，2015-2020年在瑞典皇家理工学院化学系从事博士后研究。研究领域涉及配位化学，催化化学，材料表界面与新能源的交叉学科。2020年5月入职西湖大学理学院，西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心，组建分子催化与分子材料实验室，任特聘研究员（独立PI / 博士生导师）。学术兼职浙江省化工学会化工新能源专业委员会副主任委员、中国感光学会会员。研究方向为方向主要包括：水氧化催化剂及电解水技术开发；氨氧化催化剂开发及机理揭示；电催化CO2还原制液态燃料；人工光合作用器件设计与组装等。近年来在国际知名学术期刊发表论文60余篇，其中第一作者和通讯作者论文30余篇，包括JACS、Angew.、Chem. Soc. Rev.、Joule、JACS Au、ACS Catal.、J. Energy Chem.等。
王涛，1986年生，山东临沂人。2009年本科毕业于曲阜师范大学，2012年于中国科学院山西煤炭化学研究所国家杰青李永旺研究员成立的中科合成油团队获硕士学位。2015年博士毕业于德国莱布尼茨催化所，师从焦海军教授和德国科学院院士Matthias Beller教授。2015-2017年在法国里昂高等师范学校和开展博士后研究，师从法国科学院院士、美国UCLA大学Philippe Sautet教授。2017-2019年在美国斯坦福大学开展博士后研究，师从美国工程院外籍院士、丹麦皇家科学院和工程院双院院士Jens K. Nørskov教授和丹麦科技大学Thomas Bligaard教授。2019-2020年在美国斯坦福大学SLAC国家实验室SUNCAT中心开展博士后研究，合作导师为Frank Abild-Pedersen研究员和Thomas F. Jaramillo教授。近年来，聚焦磁-催化效应、温和固氮催化剂的理性设计和惰性化学键的催化活化机理等研究方向，在国际知名学术期刊发表论文80余篇，其中第一和通讯作者论文60余篇，包括Nat. Catal.、PNAS、JACS、Nat. Commun.、JACS Au、Nat. Comput. Sci.、ACS Catal.等。现主持国家自然科学基金面上项目，作为课题骨干参与科技部重点研发计划。
朱艺涵，化学工程学院教授、副院长，博士/硕士生导师，电镜中心负责人。浙江省政协委员，杭州市人大代表，致公党全国代表大会代表、浙江省委员会常委、浙江工业大学委员会主委。入选国家海外引才计划，省科协青年英才计划及高校领军人才培养计划，先后主持国家优秀青年科学基金、面上基金等4项，省杰出青年科学基金1项，承担国家重点研发计划重点专项课题1项；主要从事先进电子显微方法学发展和物质科学应用，相关成果在Nature、Science正刊及其子刊等权威期刊发表论文160余篇，引用次数20000余次，H指数68；主编图书分册1部、撰写图书章节4章；现任浙江省分测协会理事、电镜与微结构青委会副主任、工业催化联盟青委会委员。获国际催化协会青年科学家奖、美国显微学会主席学者奖、中国材料与试验团体标准贡献奖等。