近日，材料學院李小鵬研究員課題組聯合上海光源姜政研究員、複旦大學劉智攀教授、韓國漢陽大學李政昊教授在國際頂級期刊《自然·催化》（Nature Catalysis）發表題為“在晶态氧化錳表面原位重構钌原子陣列用于酸性電解水”（“In-situ reconstructed Ru atom array on α-MnO₂ with enhanced performance for acidic water oxidation”）的研究論文。bevictor伟德官网為第一通訊單位。

圖1. 晶态氧化錳納米纖維負載钌原子陣列催化電解水反應示意圖

開發廉價綠色産氫技術對于實現碳中和以及氫燃料電池規模化應用有着重要意義。質子交換膜（PEM）電解水是當前主流的制氫技術之一，由于其陽極多采用昂貴的銥金屬作為催化劑，從而限制了其大規模應用。钌的價格僅為銥的1/6，可替代銥作為催化劑，但是钌的缺點是不耐腐蝕。該研究提出了全新的原子陣列催化劑設計理念，在晶态氧化錳納米纖維表面，通過一步陽離子交換的方法構築钌原子陣列（催化劑名稱簡寫：Ru/MnO₂），在實現钌原子利用率為100%的同時，觸發原子間協同催化，進而使得Ru/MnO₂展現出卓越的水分解反應活性。另外通過纖維載體與钌的動态置換反應，克服了钌的溶出問題，使得該催化劑獲得了獨有的自修複能力。Ru/MnO₂的活性與穩定性均大幅度超越商業化催化劑以及現有文獻報道的催化劑，且制備簡單能夠實現放大生産（專利申請号：2021102623365）。Ru/MnO₂在提升電解水制氫效率的同時，使得陽極催化劑成本降低50倍以上。該項研究提供了新的非均相催化劑設計範式，原子陣列催化劑不僅能夠大幅降低貴金屬用量，并預計在化學品合成、能源和環境催化領域都将有着廣闊的應用前景。

該研究工作得到了國家自然科學基金、bevictor伟德官网勵志計劃、東方學者以及上海市人才發展資金等基金的資助。

全文鍊接： https://www.nature.com/articles/s41929-021-00703-0