近日，中科院大连化物所邓德会研究员团队在酸性电解水析氧催化剂研究中取得新进展，发现二氧化钌（RuO2）和石墨烯界面处的钌中心可以显著提升RuO2基催化剂在酸性电解水析氧反应中的活性和稳定性。相关研究成果发表在《先进材料》上。 氢能作为一种清洁、高效和可再生的绿色能源，被视为21世纪最有潜力的清洁能源。基于质子交换膜的酸性电解水制氢技术具有效率高、产氢纯度高、能耗低等特点，被认为是可连续生产高纯氢气最有前景的技术之一。然而其阳极的析氧反应受四电子转移过程和动力学惰性的限制，成了电解水制氢的瓶颈。迄今为止，RuO2是极少数能在酸性条件下催化电解水析氧反应的催化剂。然而，该析氧反应过程中所伴随的RuO2过氧化生成RuO4而腐蚀溶解的过程，使得RuO2催化剂在酸性电解水析氧反应中难以长时间保持高的反应活性。因此，开发新的策略来同时实现高活性和高稳定性的RuO2基催化剂的制备具有重要的研究意义，但却极具挑战。 研究人员通过精确构筑RuO2和石墨烯的界面来提升RuO2基催化剂在酸性电解水析氧反应中的活性和稳定性。所制备的催化剂表现出优于商品RuO2的电催化活性和稳定性，在10 mA cm-2电流密度下，过电位仅为227 mV，低于商品RuO2所需的290 mV过电位，可以稳定运行超过24小时，其稳定性远高于商品RuO2催化剂。同时，该团队与中科院山西煤炭化学研究所的任鹏举博士合作，结合密度泛 函理论计算发现，RuO2和石墨烯界面上的Ru位点可以打破吸附态物种HOO*和HO*之间的线性关系，降低整个反应决速步的反应能垒，进而提高电解水析氧的反应活性。此外，石墨烯向RuO2表面转移的电子可以提高RuO2的抗氧化和抗腐蚀能力。因此，石墨烯和RuO2界面处的Ru中心不仅可以增强RuO2催化析氧反应的活性，而且可以有效提升其稳定性。 本项工作为设计和制备高效、稳定的酸性电解水析氧催化剂研究提供了新思路。 相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adma.201908126