中大新聞網(wǎng)訊（通訊員袁湛楠）二氧化銥因其具有較好的活性與穩(wěn)定性，是目前工業(yè)上唯一的酸性析氧反應(yīng)（OER）催化劑，但價(jià)格昂貴、儲(chǔ)量稀少和活性低等問(wèn)題限制了它的使用。相比之下，二氧化釕成本更低，活性相對(duì)二氧化銥更高，是一種很有前途的替代材料。然而，如何令二氧化釕（RuO2）在極端酸性條件下保持高活性和穩(wěn)定性仍然是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。

近日，材料科學(xué)與工程學(xué)院崔浩教授、王成新教授以典型的紅金石型二氧化釕為研究對(duì)象，提出一種基于晶界工程策略來(lái)提升RuO2的酸性O(shè)ER活性和穩(wěn)定性的研究思路，通過(guò)簡(jiǎn)單的鹽輔助重結(jié)晶方法，構(gòu)建出富含晶界的二氧化釕多孔納米片（GB-RuO2）。相關(guān)成果以“Grain-Boundary-Rich RuO2 Porous Nanosheet for Efficient and Stable Acidic Water Oxidation”為題發(fā)表于期刊Angewandte Chemie International Edition。

該研究表明，催化劑中豐富的晶界能夠引發(fā)顯著的拉伸應(yīng)變并創(chuàng)造出不飽和的配位環(huán)境，不僅能夠有效地穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)，同時(shí)還增強(qiáng)了其對(duì)氧中間體的吸附能力。最終，GB-RuO2表現(xiàn)出低過(guò)電勢(shì)（η10= 187 mV）和超低塔菲爾斜率（34.5 mV dec-1），并且在 0.1 M HClO4 中穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò) 550 小時(shí)。以 GB-RuO2 催化劑為陽(yáng)極的質(zhì)子交換膜水電解槽在 2 A cm-2 的電流密度下運(yùn)行電壓僅為 1.669 V，并在 100 mA cm-2的電流密度下可以穩(wěn)定運(yùn)行 100 小時(shí)，表現(xiàn)出極高的活性和良好的穩(wěn)定性。

論文的第一作者是材料科學(xué)與工程學(xué)院2020級(jí)直博生何煒東，王成新教授及其團(tuán)隊(duì)崔浩教授為論文的共同通訊作者；中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院為論文唯一完成單位。該研究工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金的大力支持。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202405798