酸性电化学水裂解是现代工业中最可行的制氢方法。而阳极析氧反应(OER)被认为是这一过程的瓶颈。目前，只有Ir基氧化物、Ru基氧化物及其衍生物具有足够的耐腐蚀性，能够承受恶劣的酸腐蚀和氧化环境。Ir的稀缺性和相对较低的OER活动不足以满足工业需求。由于钌基催化剂在OER过程中，通常会形成可溶的Ru氧化物(如RuO4)而使得稳定性较差，存在严重的溶解问题。目前来说，探索RuIr双金属氧化物是优化酸性OER的高活性和优异稳定性的策略之一。未来的钌基氧化物OER催化剂必须满足两个方面的要求：一是Ru活性中心稳定的高氧化态，二是防止Ru物质因过度氧化而溶解失活。设计一种基于钌基氧化物的OER催化剂，并同时满足这两个要求是相当具有挑战性的。
针对此挑战，近日18新利体育 功能纳米与软物质研究院的康振辉教授、刘阳教授、邵名望教授和程涛教授合作，采用两步熔碱法成功合成了一种二维取代固溶体材料钌铱氧化物（Ru0.5Ir0.5O2）。当Ru0.5Ir0.5O2用作OER催化剂时，它在酸性介质中表现出优异的OER性能。在过电位仅为151 mV时就可以提供10 mA cm-2的阳极电流密度，并且在10 mA cm-2下的活性保持时间超过618.3 h。通过脉冲电压感应电流(PVC)、循环伏安法(CV)、密度泛函数理论研究和瞬态光致电压(TPV)测试结果表明，Ru0.5Ir0.5O2催化剂高活性的来源是在低外加电压下，由于Ir的掺杂形成了更多具有高氧化态的Ru活性位点，同时OER的过程使催化剂表面氧化电荷浓度增加。对Ru0.5Ir0.5O2的X射线吸收光谱(XAS)测量表明，催化剂的高稳定性来源于Ru-O-Ir局部结构内部的相互作用，以及二维材料结构的特征。该文章为探索新型的二维材料电催化剂提供了新思路，同时也为工业化电解水提供了可行的贵金属催化剂（Ir）替代方案。相关成果在期刊《Nature Communications》上发表（Nat. Commun. 2023, 14, 5365）。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-41036-9
文章题目：Stable and oxidative charged Ru enhance the acidic oxygen evolution reaction activity in two-dimensional ruthenium-iridium oxide
责任编辑：郭佳