可再生能源驱动的质子交换膜（PEM）电解水制氢被认为是极具前景的绿色制氢技术。然而，由于强酸性和强氧化等苛刻的工作条件，PEM水电解槽阳极催化剂依赖贵金属IrO2，是阻碍其大规模产业化的瓶颈之一。
二氧化钌（RuO2），与IrO2相比价格较低、活性更高，因而被认为是最有希望替代IrO2的候选材料之一。但是RuO2在实际OER过程中容易被过度氧化而溶解，导致严重的活性衰减和较差的稳定性。
近日，青岛科技大学刘希恩教授团队将原子分散的V物种，包括V单原子和O-桥V二聚体，引入RuO2晶格中构建Ru-V双活性位点，从而引发了O-O自由基直接耦合释放O2（OCM），打破了传统的吸附物进化机制（AEM）中的中间体吸附自由能的线性关系限制，并抑制了晶格氧机理（LOM），极大地提升了RuO2的酸性OER催化活性和稳定性。
原位谱学研究结合理论计算揭示，与V单原子掺杂的情况相比，O-桥V二聚体的引入更有利于缩短Ru-V原子间的距离和减弱V位点对*O中间体的吸附强度，从而诱发能量更低的OCM路径而进一步降低反应能垒。同时，高度非对称的Ru-O-V局域微结构稳定了表面Ru原子，协同打破了限制RuO2的活性/稳定性权衡，并实现了高催化性能。
最终，该O-桥V二聚体和V单原子共同修饰的RuO2 (Vn-RuO2)在酸性OER中表现出较高的催化活性和稳定性，在连续超过1000小时的测试中依然保持高的催化活性。该研究提出了引入原子级分散的V物种调控催化反应路径以提升RuO2酸性OER性能的新策略。
论文信息
Atomically Dispersed Vanadium-Induced Ru-V Dual Active Sites Enable Exceptional Performance for Acidic Water Oxidation
Prof. Qing Qin, Dr. Zijian Li, Xuhao Zhao, Hongyan Zhao, Dr. Li Zhai, Prof. Min Gyu Kim, Prof. Jaephil Cho, Prof. Haeseong Jang, Dr. Shangguo Liu, Prof. Xien Liu
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202413657
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