他，博士毕业即博导，郑州大学「国家优青」，发表Nature子刊！

摘要：通过掺杂其他元素破坏RuO2的Ru-O-Ru对称性可以诱导电荷重排并改变活性Ru原子的d带中心，导致OER活性的显著增加。此外，利用抗腐蚀元素设计Ru-O-M结构基序来稳定RuO2并改变Ru-O键的性质，可以有效地防止Ru在OER中的过氧化和溶解。

研究概述

根据最近的研究报道，通过掺杂其他元素破坏RuO2的Ru-O-Ru对称性可以诱导电荷重排并改变活性Ru原子的d带中心，导致OER活性的显著增加。此外，利用抗腐蚀元素设计Ru-O-M结构基序来稳定RuO2并改变Ru-O键的性质，可以有效地防止Ru在OER中的过氧化和溶解。

这种改进的稳定性通常是通过牺牲活性来实现的。一般来说，Ru-O键共价的降低阻止了晶格氧参与OER；然而，对于OER过程由AEM主导的催化剂来说，由于上述线性标度关系的限制，这导致了相对较高的过电位。增强Ru-O键可以增强晶格氧氧化还原反应，提高OER活性。

然而，随之而来的氧空位的形成通常会导致催化剂的快速降解。考虑到活性-稳定性的权衡和实际需要，有必要通过合理构造RuO2中Ru-O-M界面来打破AEM的线性关系，同时防止晶格氧参与OER，以实现高电流密度下的高活性和稳定性。

考虑到可能存在的非均匀OER反应涉及相邻的金属原子和晶格氧的空间位阻，线性标度关系可以很容易地在多金属体系中被打破。基于此，郑州大学卢思宇和常江伟等报道了一种热驱动的阳离子交换策略，成功地在RuO2电催化剂中引入Ru-O-Ir原子界面(Ir-RuO2)。

实验结果表明，Ir-RuO2催化剂中存在丰富的Ru-O-Ir界面，并且耐酸Ir的引入精确地调节了局部Ru-O键，使得Ir-RuO2催化剂表现出优异的酸性OER活性和稳定性。

具体而言，在酸性条件下，Ir-RuO2在10和1500 mA cm-2下的OER过电位分别为167和390 mV，并能够在此电流密度下分别稳定运行1023和255小时。此外，以Ir-RuO2为阳极组装的PEMWE仅需1.60 V的电池电压就能达到1.0 A cm-2的电流密度，同时表现出连续电解300小时的良好稳定性。

Operando DEMS、ATR-SEIRAS IR和EIS研究表明，在构建的Ru-O-IR原子界面上，OER通路发生了改变。作为质子受体的Ir-OBRI桥接氧位点可以从相邻的Ru-OOH*捕获H*并促进其转化为Ru-OO*，从而加速了OER的反应动力学。密度泛函理论(DFT)分析证实，Ru-O-Ir原子界面上的多个活性中心可以优化OER中间体的结构，从而克服了传统AEM过程的热力学局限性。

更重要的是，Ru-O-Ir原子界面的构建抑制了氧空位的形成和活性Ru原子的溶解，极大地提高了OER过程中电催化稳定性。综上，该项工作证实合理设计多个活性中心可以打破OER活性/稳定性平衡，为设计高性能的酸性OER催化剂提供了参考范例。

文献信息

Atomically engineered interfaces inducing bridging oxygen-mediated deprotonation for enhanced oxygen evolution in acidic conditions. Nature Communications, 2024.

作者简介

卢思宇，郑州大学教授，博士生导师，国家优青。2009年、2012年、2016年获得吉林大学学士、硕士和博士学位，博士期间师从杨柏教授。2013-2014年在中科院物理所孟胜教授课题组访学；2014-2015年在加拿大萨省大学物理学院计算首席John S. Tse院士课题组访学。2016年加入郑州大学。

卢思宇教授主要从事碳点的可控制备及其在发光、生物和催化等领域的应用研究。在Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Matter 、Acc. Mater. Res.等学术期刊上发表SCI论文200余篇，被SCI引用18000余次，H因子为81。