摘要：质子交换膜(PEM)水电解以其高电流密度、高效率和紧凑性，是一种有效的工业制氢策略。然而，目前仍缺乏有效的酸性析氧反应(OER)催化剂，因为碱性水电解中使用的最持久和活性的催化剂在暴露于苛刻的酸性介质时遇到稳定性差的问题。IrO2是一种商业上可行的PEM催化剂

质子交换膜(PEM)水电解以其高电流密度、高效率和紧凑性，是一种有效的工业制氢策略。然而，目前仍缺乏有效的酸性析氧反应(OER)催化剂，因为碱性水电解中使用的最持久和活性的催化剂在暴露于苛刻的酸性介质时遇到稳定性差的问题。IrO2是一种商业上可行的PEM催化剂之一，但其稀缺性和高价格限制了其大规模应用。相比之下，RuO2表现出优越的OER活性并且更具成本效益。但是，RuO2在酸性OER过程中倾向于发生溶解和重建。因此，提高RuO2的稳定性是推动PEM进一步发展和应用的关键。

为了全面解决RuO2的稳定性差的问题，首要任务之一是确定其结构和组成在OER过程中的原位动态演化。然而，由于高维势能面(PESs)涉及到原子运动的复杂性，多年来在原子水平上识别重构的Ru1−αOδ一直是一个巨大的挑战。近日，华东理工大学王海丰、杨化桂、侯宇和袁海洋等开发了一个遗传算法(GA)驱动的机器学习工作流程来破译Ru氧化物在酸性OER中的结构动态演化。结果表明，少量Ru溶解对活性具有自促进作用，使RuO5活性单元发生畸变；随着电位的增加，连续Ru溶解使RuO5活性单元转化为具有强Ru-O键的低O配位RuO4单元。RuO4单元惰性物种，能够抵抗Ru的溶解，但导致活性降低。这些对结构演化的认识有助于在OER中建立RuO2基催化剂的真实的结构-稳定性-活性关系。博士生李文婧、陈鼎铭、楼振鑫为本文第一作者。

更重要的是，研究人员确定了一个逆火山型金属掺杂规则，即有利于非常强或弱的金属键可以增强RuO2的稳定性，这为理解不同金属的稳定作用提供了框架，并为稳定RuO2催化剂提供了明确的方向。实验结果证实，预测的Na可以将RuO2稳定在活性状态，使得其在10 mA cm-2电流密度下能够连续运行超过1800小时，且反应过程中性能没有明显的降解。此外，基于Na-RuO2的PEM电解槽在80 °C和电流密度为200、300和500 mA cm-2下同样表现出优异的稳定性，显示了其实际应用的潜力。综上，该项研究增强了对RuO2在反应过程中结构演变的理解，并有助于设计稳定的酸性OER催化剂。Inhibiting overoxidation of dynamically evolved RuO2 to achieve a win-win in activity-stability for acidic water electrolysis. Journal of the American Chemical Society, 2025.DOI: 10.1021/jacs.4c18300

来源：朱老师讲VASP