摘要：利用质子交换膜水电解槽(PEMWE)制氢因其高纯度、高电流密度、高工作电压、与可再生能源的高兼容性而被公认为是一种很有前途的方法。但是，阳极的OER动力学缓慢和对稀缺的Ir基材料(IrO2)的依赖严重阻碍了其广泛应用。研究已经证实，低成本的RuO2通过动力学良

利用质子交换膜水电解槽(PEMWE)制氢因其高纯度、高电流密度、高工作电压、与可再生能源的高兼容性而被公认为是一种很有前途的方法。但是，阳极的OER动力学缓慢和对稀缺的Ir基材料(IrO2)的依赖严重阻碍了其广泛应用。研究已经证实，低成本的RuO2通过动力学良好的晶格氧机制(LOM)途径提高了内在活性，被认为是酸性电解质中IrO2的一种有前途的替代品。

值得注意的是，晶格氧原子参与O2的产生会导致大量氧空位的形成，这导致晶体结构崩溃，显示出较差的稳定性。因此，在酸性条件下，以牺牲活性为代价来抑制LOM途径，以促进RuO2基电催化剂的稳定性，是目前最常见的解决方案。因此，目前迫切需要开发合理的策略来提高RuO2基电催化剂的酸性OER活性和稳定性，但这仍具有挑战性。

近日，武汉大学罗威课题组通过在RuO2中用S原子部分取代O原子，合成了RuS0.45Ox催化剂。该催化剂具有局部S-Ru-O环境，且表面经硫酸盐功能化形成独特的Ru-SO4微结构。

系统的表征和理论计算表明，RuS0.45Ox催化剂在酸性OER过程中遵循LOM机制，Ru-SO4与S-Ru-O局部环境的协同作用有利于稳定Ru活性中心，调节界面水结构，重建氢键网络。这种优化的电双层(EDL)结构使得在RuS0.45Ox表面附近产生一个连续的游离H2O富集的局部环境，加速了水解离动力学，促进了晶格氧空位的补充，显著增强了活性和稳定性。

性能测试结果显示，RuS0.45Ox催化剂在酸洗条件下达到10 mA cm-2电流密度所需的过电位仅为160 mV，并且其能够在100 mA cm-2下连续稳定电解超过500小时。此外，以RuS0.45Ox为阳极催化剂组装的PEMWE仅需2.0 V的电池电压就能达到4 A cm-2的电流密度，同时可在50 °C和0.1 A cm-2下稳定运行60000秒，显示出巨大的应用潜力。

综上，该项研究强调了弱氢键界面水在提高RuO2基催化剂晶格氧介导酸性OER活性和稳定性的关键作用，为设计遵循晶格氧机制的OER电催化剂提供了重要指导。

The role of interfacial water in improving the activity and stability of lattice-oxygen-mediated acidic oxygen evolution on RuO2. Angewandte Chemie International Edition, 2025.DOI: 10.1002/anie.202420848

罗威，武汉大学化学与分子科学学院教授，博士生导师，无机化学研究所所长。入选教育部青年“长江学者”，湖北省“楚天学者”，主持湖北省杰出青年基金、国家自然科学基金（四项）等，以子课题组长和项目骨干参与科技部重点研发计划等重大项目。主要研究方向为氢能与燃料电池，包括电解水制氢、化学储氢材料和碱性交换膜燃料电池。以通讯作者在CCS Chem.、JACS、Chem、Angew.、AM等杂志发表SCI论文120余篇。

来源：朱老师讲VASP