碱性电解质中的析氢反应(HER)在工业规模生产H2方面具有巨大潜力，同时这种技术为解决环境挑战和化石燃料过度消耗提供了一条有前景的途径。几十年来，Pt基材料一直被用作高效电催化剂，表现出优异的碱性HER性能。
然而，其高价格、稀缺性和较差的耐用性严重阻碍了HER的广泛和实际工业应用。此外，用于工业水分解的HER电催化剂必须能够耐受恶劣条件，如安培级电流密度。因此，有必要开发具有高电流密度耐受性的经济高效的电催化剂。
值得注意的是，碱性HER过程中活性氢中间体(H*)需要通过打破H2O分子中的强共价键来产生。因此，优化H2O和H*在每个活性位点的吸附能对于提高碱性HER活性至关重要。鉴于此，整合并精确调节电催化剂的多个活性位点有望加速各种基本步骤，以实现出色的HER性能。
近日，哈塞尔特大学杨年俊、武汉科技大学张琴、李轩科和湖北航天化学技术研究所刘性辉等通过硒提取氧化策略成功地在RuO2电催化剂中引入了桥联Mn-O-Ru结构(Mn-RuO2)。在合成Mn-RuO2之前，进行了一项理论研究，以阐明Mn-O-Ru结构在碱性HER中具有异常活性的潜在催化机制。
结果表明，Mn-RuO2的生成能为-0.826 eV，RuO2的生成能为-0.0810 eV，这意味着Mn-RuO2具有更有利的热力学稳定性。由于电负性的不同，Mn-RuO2的电荷差分析揭示了电荷沿Mn-O-Ru化学键重分配。
O原子表观电荷积累和Mn原子表观电荷耗尽代表了Mn原子向电负性O的电子转移，证实了Mn-O-Ru桥的强协同相互作用，从而改变了RuO2的电子结构，并且该结果也通过XPS和XANES得到确认。
性能测试结果显示，Mn-RuO2催化剂提供了优异的碱性HER活性。特别是，在安培级电流密度1000和2000 mA cm-2时，Mn-RuO2催化剂的过电位分别达到118和160 mV，远优于RuO2和商用Pt/C催化剂。
此外，在碱性条件下，Mn-RuO2电催化剂在10 mA cm-2下稳定运行长达300小时。以Mn-RuO2为阴极的组装流动池表现出高性能，仅需1.87 V的电压即可达到1.0 A cm-2的电流密度；同时，它在1.8 V时具有高质量活性5.36 A mg-1和显著的价格活性357.33 A $-1。
总的来说，该项工作阐明了合理构建多个活性位点的关键作用，为进一步设计高性能催化剂提供了指导。
Bridged Mn-O-Ru motifs in RuO2 catalyst promoting hydrogen production at ampere-level current density. Advanced Energy Materials, 2025. DOI: 10.1002/aenm.202500815
杨年俊，比利时哈瑟尔特大学化学系及材料研究所电化学及催化方向教授。在日本国立福井大学获得工学博士；曾在美国新墨西哥州立大学、日本国立产业技术综合研究所从事博士后研究；曾在德国弗莱恩霍夫固态物理研究所、德国锡根大学任研究员并担任课题组组长等职务；在德国锡根大学完成Habilitation，获得材料科学及表面工程方向的教授资格。主要从事功能材料的设计、合成、表征及电化学应用；其特色方向是不同碳(尤其是金刚石)材料的设计、化学气相合成、及其在电化学能源转化/电化学能源存储/电化学传感等方面基础与应用研究。持有国际专利多项，出版专著多部，发表论文多篇。
张琴，武汉科技大学化学与化工学院副教授，化学化工学院化学系副主任、化学系党支部纪检委员兼宣传委员。毕业于武汉大学物理化学专业，在博士期间曾获评武汉大学第十一届研究生十大学术之星等。先进炭材料湖北省工程研究中心骨干成员。目前作为第一或通讯作者在Chem、AM、JACS、AEM、Energy Storage Mater.、AFM、Appl. Catal. B等国际权威杂志发表SCI论文68篇。主持国家自然科学基金2项、湖北省自然科学基金1项、湖北省“楚天学者计划”楚天学子项目1项、“武汉黄鹤英才”优秀青年人才项目1项、横向项目1项，并作为骨干成员参与横向项目多项。
李轩科，现任武汉科技大学化学与化工学院院长，学科带头人，二级教授/博士生导师，湖北省楚天学者特聘教授，武汉科技大学先进炭材料工程中心以及中国宝武-武汉科技大学炭材料联合工程研究中心主任。2007年获得湖北省自然科学二等奖。2012年获湖北省有突出贡献中青年专家。目前兼任：SCI源刊《新型炭材料》编委，广东省热管理工程与材料重点实验室学术委员会委员，湖北省煤转化与新型炭材料重点实验室学术委员会委员。长期从事高品质炭纤维纺丝沥青的合成机制及制备；高导热沥青基炭纤维的制备技术和控制机制；高导热石墨材料及其高导热复合材料的制备技术与控制机理；过渡金属碳化物在炭材料表面的形成机制和纳米过渡碳化物的控制合成，电催化和电池用先进储能炭材料。先后在AEM、AFM、Energy Storage Mater.、Carbon、J. Energy Chem.等知名期刊上发表研究论文200余篇。
刘性辉，湖北航天化学技术研究所研究员，主要研究方向包括燃速调控，绿色合成，和能源转换。2023年，获得国家高层次青年人才项目和2023年度上海市领军人才称号。近五年内在国际顶级期刊发表SCI学术论文超过96篇，他引2000余次，入选ESI高被引用15篇。其中以第一/包括共一或者通讯作者Angew.、Nat. Commun.、Matter、Chem. Sci.、ACS Nano、ACS Catal.、Nano Lett.、Nano-Micro Lett.等国内外知名期刊发表论文62篇。