「长江学者」邹吉军领衔！天津大学潘伦/黄振峰Nature子刊丨羟基缓冲稳住高价Ru位点！

本文针对质子交换膜水电解器中酸性析氧反应催化剂活性与稳定性难以兼得的难题，提出动态羟基介导的电荷缓冲策略。研究背景指出，传统Ru基催化剂虽活性高但高价Ru（>IV）物种易溶解，而IrO₂成本高昂。研究目的为开发一种兼顾高活性和长寿命的Ru基催化剂。方法上，将孤立Ru原子锚定在β-MnO₂边缘位点，形成Ru-O-Mn边缘链结构。实验与理论计算表明，β-MnO₂主晶格衍生的表面羟基可通过可逆脱氢/再质子化缓冲氧化电荷，防止Ru过度氧化和溶解，同时优化反应中间体结合，促进O-O偶联。结论显示，所得Ru₀.₀₃Mn₀.₉₇O₂催化剂在1.50 V vs. RHE下质量活性达6858 A gRu⁻¹，是商业RuO₂的223倍；在20 mA cm⁻²下稳定运行1750小时，S-number提升三个数量级。在质子交换膜电解槽中，该催化剂在1 A cm⁻²下稳定运行超1000小时，贵金属用量降低80%，性能优于商业IrO₂和RuO₂。本研究通过主客体协同设计，平衡了酸性OER中高价Ru的活性与稳定性，为高效耐久催化剂开发提供了新范式。