大連物化所提出構建非對稱活性結構策略助力電化學酸性水氧化過程

　　近日，我所催化基礎國家重點實驗室二維材料化學與能源應用研究組（508組）吳忠帥研究員團隊與理論催化創新特區研究組（05T8組）肖建平研究員團隊合作，在電催化水氧化催化劑的合理設計和機理解析研究方面取得新進展。合作團隊發展了活性位局域環境調控策略，構建非對稱活性結構（Ru-O-In）以促進電化學酸性水氧化過程的催化轉化，并打破了吸附演化機制熱力學活性的限制。

　　低成本、高活性、高穩定性酸性水氧化催化劑的開發對質子交換膜水電解制氫技術的發展具有重要作用。釕基（RuO2）催化材料具有相對較高的催化活性可作為潛在應用催化劑，然而，其受限于活性中心金屬過度氧化導致較低耐溶解性。

　　本工作中，合作團隊以RuO2催化劑為研究對象，提出了局域環境調控策略構建非對稱Ru-O-In活性結構，同時優化了本征活性和穩定性，實現了在10mA/cm2電流密度時的過電位為187mV，且在100mA/cm2電流密度下穩定運行350h。此外，團隊進一步通過原位表征和理論計算驗證了非對稱活性結構（Ru-O-In）的構筑，有效提高了反應活性和穩定性，且遵循吸附演化機制（AEM）反應路徑。其中，Ru-O-In非對稱結構中發生電子轉移（Ru→O），縮短了Ru-O鍵，并弱化了O*中間體在Ru活性位點的吸附，從而降低了決速步OOH*形成過程的能壘（1.63eV），致使OH*的吸附成為新的反應決速步，打破了傳統AEM的熱力學能壘限制。該工作開發了一種電化學酸性水氧化催化劑的非對稱活性結構的調控策略，為低成本、高活性、高穩定性酸性水氧化催化劑的設計和催化機制分析提供新的思路。

　　相關研究成果以“Breaking the Ru-O-Ru Symmetry of a RuO2Catalyst for Sustainable Acidic Water Oxidation”為題，于近日發表在《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）上。該工作的第一作者是我所508組博士研究生王一和05T8組博士后雷雪。以上工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、榆林創新院人工智能科技專項、中國科學院潔凈能源創新研究院合作基金等項目的資助。