近日，我校威尼斯569vip游戏青年教师陆世玉博士与北京大学合作在国际顶尖期刊《Nature》（自然）旗下大子刊《Nature Synthesis》（自然-合成）发表了题为“Synthetic tuning stabilizes a high-valence Ru single site for efficient electrolysis”的重大研究成果。

通过可再生能源进行电解制备清洁氢气能源是最具潜力的制氢方式，但是这种技术通常面临着阳极反应速率缓慢的问题。研究者发现活性最高的单金属OER电催化剂是高价态Ru，但是通常高价态Ru物种的稳定性非常差。如何制备高价态Ru催化剂和如何稳定高价态Ru是目前研究领域的重大难题。鉴于此，该成果通过调节基底与单原子活性位点之间相互作用的强度，将高价态Ru原子牢固的锚定在Ni基磷酸盐空心球表面，发展了在电催化反应过程中稳定的高价态Ru物种。通过实验和理论计算，验证了该高价态Ru单原子催化剂具有高活性和高稳定性。

此外，该成果还发现高价态Ru单原子催化剂的本征稳定性来自可调控的Ru原子价态、配位数目、局部电子结构。研究者还证明了该策略具有一定的普适性，制备了一系列高价态Ru单原子催化剂，并提出了双重火山图来描述高价态Ru单原子位点的优异电催化活性。最优的Ru SS/FeNiPi催化剂达到10 mA cm-2电流密度的OER和HER过电势分别为204 mV和49 mV。将Ru SS/FeNiPi催化剂组装MEA器件（仅需Ru的负载量为0.081 mg cm-2），仅需要1.78V的槽电压就可达到2000 mA cm-2的电流密度，这种催化活性是目前碱性阴离子膜电解槽的最优性能，已达到商业Pt//RuO2性能的5.7倍以上。

论文信息：

Shi-Yu Lu, et al, Synthetic tuning stabilizes a high-valence Ru single site for efficient electrolysis, Nature Synthesis 2023

DOI: 10.1038/s44160-023-00444-x  

https://www.nature.com/articles/s44160-023-00444-x