掺杂，一篇JACS！

背景：开发高效耐用的双功能氧电催化剂对锌空电池至关重要，但RuO₂的活性与稳定性难以兼顾，缺乏普适性的掺杂设计原则。研究目的：清华大学张如范团队以价层电子构型和离子半径为描述符，系统研究镧系元素掺杂Mn-RuO₂的构效关系，旨在建立理性筛选掺杂剂的准则，并开发高性能双功能催化剂。结论：研究发现，具有稳定价层电子构型（如全空、全满）和高价态（如Ce⁴⁺、Tb⁴⁺）的掺杂剂有利于析氧反应（OER），离子半径较大的掺杂剂有利于氧还原反应（ORR）。据此筛选出最优单掺杂剂Ce，并引入高价Ta⁵⁺进行共掺杂，得到CeTa-MnRuO₂催化剂，其双功能性能优异（ΔE = 0.620 V）。该催化剂在锌空电池中展现出高开路电压（1.57 V）、高功率密度（187 mW cm⁻²）和超长循环稳定性（50 mA cm⁻²下循环超1000次）。机理研究表明，Ce-Ta共掺杂优化了Ru和Mn的电子结构，增强了Ru-O和Mn-O键共价性，降低了反应能垒。该工作建立了基于掺杂剂本征性质的筛选原则，为设计耐用型Ru基电催化剂提供了新思路。