質子交換膜分解水電解槽（PEM）為大規模制備綠氫提供高效策略，其中RuO2催化劑展示優異性能，但是穩定性較低。理解operando反應條件下，催化劑的原子結構變化過程非常關鍵，但是對于增強RuO2的酸性OER反應的持久性仍然是個巨大挑戰。
有鑒于此，華東理工大學王海豐教授、楊化桂教授、袁海洋副教授、侯宇教授等提出適應性的機器學習工作流，研究過電勢有關的復雜組成和結構的RuO2(110)表面的態-態轉變，將結構和穩定性之間建立關系。
本文要點：
（1）
發現結構畸變RuO5位點的活性位點在較低的過電勢發生自演變，表現少量Ru溶解和活性自促進現象。但是，這種態具有比較低的電勢阻礙PRC（potential resistance capacity），在更高的過電勢，這種態變為惰性RuO4結構。為了增強PRC并且緩解活性位點的過度變化，研究金屬摻雜工程，發現摻雜具有逆火山型（inverse volcano-type doping rule），摻雜導致“金屬-氧”之后的Ru-O化學鍵的強度與本征Ru-O化學鍵顯著區別。
（2）
這個規則為設計穩定的RuO2催化劑提供理論框架，弄清目前人們對于不同金屬穩定RuO2的不同作用。
通過這個規律，預測并驗證Na能夠顯著穩定RuO2的活性態，合成Na-RuO2用于a-OER電催化在1800 h內沒有性能衰減，因此在PEM電解過程具有長期穩定性。這項工作增強RuO2工況結構變化的理解，有助于設計持久性a-OER電催化劑。
參考文獻
Wenjing Li, Dingming Chen, Zhenxin Lou, Haiyang Yuan*, Xiaopeng Fu, Hao Yang Lin, Miaoyu Lin, Yu Hou*, Haifeng Qi, Peng Fei Liu, Hua Gui Yang*, and Haifeng Wang*, Inhibiting Overoxidation of Dynamically Evolved RuO2 to Achieve a Win–Win in Activity–Stability for Acidic Water Electrolysis, J. Am. Chem. Soc. 2025
DOI: 10.1021/jacs.4c18300
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c18300
