质子交换膜水电解(PEMWE)具有高电流密度和低电阻损失，被认为是未来一项有前景的制氢技术。
目前，贵金属钌(Ru)和铱(Ir)氧化物催化剂在PEMWE的阳极中得到广泛应用。与IrO2相比，RuO2具有高活性和成本效益，在酸性OER中具有显著的应用潜力。然而，RuO2催化剂倾向于遵循晶格氧机制(LOM)，并在OER反应中产生许多氧缺陷，导致晶体结构坍塌。
此外，金属Ru位点可能被过氧化成可溶性RuO4物种，这些物种在高氧化电位下与晶格分离，导致催化稳定性差。从晶体结构的角度来看，RuO2的不稳定性与Ru-O键的电荷分布密切相关。因此，通过调节Ru-O键的电子态来抑制OER过程中晶格氧的参与是提高RuO2催化剂活性和稳定性的有效策略。
近日，南京航空航天大学彭生杰、胡峰和李林林等构建了一种RuO2纳米颗粒锚定的LiCoO2纳米片电催化剂(RuO2/LiCoO2)，实现了反应过程中RuO2的动态优化，显著提高了电催化稳定性。具有电子供体能力的LiCoO2纳米片载体诱导电子从Co位点到Ru位点的电子转移，提供电子补偿以稳定RuO2的价态。
更重要的是，在OER电位下，LiCoO2纳米片夹层内锂离子的二维扩散和提取引起了RuO2/LiCoO2催化剂界面的动态重构和演化。这种独特的动态自优化过程中度弱化了Ru-O键的共价性，抑制了晶格氧的参与，并在催化活性和稳定性之间取得了良好的平衡。
原子光谱表征和理论计算表明，优化后的Ru位点促进了*OOH中间体的形成，显著降低了速率控制步骤的催化能垒，促进了反应活性。因此，RuO2/LiCoO2电催化剂在150±2 mV的过电位下达到了10 mA cm-2的电流密度，并在0.5 M H2SO4溶液中稳定运行超过2300小时。
此外，RuO2/LiCoO2作为阳极在PEM电解槽中可以在1 A cm-2的电流密度下连续工作2000小时。总的来说，该项研究为解决酸性OER中Ru基氧化物电催化剂活性和稳定性之间的平衡提供了一种方法，同时推动了Ru基催化剂在PEMWE中的应用。
Modulating the covalency of Ru-O bonds by dynamic reconstruction for efficient acidic oxygen evolution. Nature Communications, 2025. DOI: 10.1038/s41467-025-58654-0
彭生杰，南京航空航天大学教授，博士生导师，英国皇家化学会会士，国际先进材料协会会士，入选国家海外高层次青年人才引进计划、江苏省特聘教授、江苏省“双创人才计划”、江苏省“六大人才高峰”高层次人才、南航首批“长空学者”，主持江苏省杰出青年基金、国家自然基金面上项目和南京留学人员科技创新项目等20余项项目。2010年于南开大学获得博士学位，导师是南开大学副校长陈军院士，随后加入南洋理工大学Prof. Qingyu Yan和新加坡国立大学Prof. Seeram Ramakrishna课题组进行博士后研究，2017年加入南京航空航天大学材料科学与技术学院。一直从事微纳米结构及新型功能材料的设计、合成及其电化学催化与储能研究，开发先进电极材料来构建高性能电化学储能器件，取得了一系列创新性科研成果。其中以第一/通讯作者在Nat. Commun.、JACS、Angew.和AM等发表SCI论文130余篇，被引用约12000次，H-index 59。目前担任eScience、Advanced Fiber Materials等多个中英文期刊青年编委，出版学术专著两部。
胡峰，南京航空航天大学材料科学与技术学院应用化学系副研究员、硕士生导师，江苏省“双创博士”。主要从事纳米材料可控合成及电催化和热绝缘等能源转化/管理应用研究，主持国家自然科学基金、江苏省自然科学基金及中国博士后基金等多项课题。迄今已在Chem、AM、AEM、Cell Reports Physical Science、Nano Lett.、Small、Nano Research、Chemical Communications等期刊上发表学术论文50余篇。
李林林，2015年获南洋理工大学材料科学与工程博士学位，导师Prof. Madhavi Srinivasan。自2015年2016年相继在慕尼黑工业大学电动汽车研究中心（TUM CREATE）和南洋理工大学(NTU)从事博士后研究。2017年到南京航空航天大学材料科学与技术学院工作。2018年入选南航长空学者计划。主要研究功能纳米材料的制备及其在新型电源（锂离子电池、钠离子电池、超级电容器、空气电池）及电催化领域的应用。至今以第一作者在AEM、Nano Energy、Small、J. Mater. Chem. A、Nanoscale、Chem. Eur. J.等国际学术期刊发表SCI论文13篇，共计发表SCI论文38篇，其中高引用SCI文章9篇，论文累计引用次数1200余次。