一、定用電解 【科學背景】??

? ? ? ? 在質子交換膜水電解槽中，于R用于氧進化反應的工業催化劑扮演著關鍵角色。然而，水催目前工業上廣泛使用的化劑氧化銥（IrO₂）催化劑因其稀缺性和高昂成本而備受限制。為了解決這一問題，材料研究者們尋找更經濟有效的定用電解替代材料，其中氧化釕（RuO₂）因其優異的于R用于催化性能而備受關注。盡管如此，工業RuO2的水催穩定性問題一直是阻礙其廣泛應用的主要障礙。四川大學的化劑康毅進和美國Materials and Process Simulation中心的William A. Goddard III團隊采取了一種科學的方法來深入探究RuO₂的結構依賴性腐蝕問題。通過定義明確的材料擴展表面模型，我們確定了RuO₂在特定結構條件下會發生腐蝕，定用電解導致釕（Ru）元素的于R用于溶解，從而影響其催化活性。工業這一發現為改善RuO₂的穩定性提供了重要的理論依據。在此基礎上，我們進一步開發了一種新型的Ta-RuO₂電催化劑。在工業示范測試中，Ta-RuO₂展現出了接近IrO2的卓越穩定性。經過2800小時的持續測試，Ta-RuO₂的性能衰減率僅為每小時14微伏，這一結果顯著低于傳統RuO₂催化劑的性能衰減速度。此外，在電流密度為每平方厘米1安培的條件下，Ta- RuO₂的過電位比IrO₂低330毫伏，這表明Ta-RuO₂在電催化活性上具有明顯優勢。相關研究成果以“Tantalum-stabilized ruthenium oxide electrocatalysts for industrial water electrolysis”為題目發表在國際頂級期刊Science上。

二、【科學貢獻】

圖1 .對RuO₂擴展表面的研究。? 2025 Science

圖2 對Ta改性 RuO₂表面的研究。。? 2025 Science

圖3 RuO₂和摻雜Ta的RuO₂的 OE反應機制。? 2025 Science

圖4 納米級 Ta_0.1Ru_0.9O_2-x電催化劑的工業測試。? 2025 Science

三、【 創新點】?

1．通過定義明確的擴展表面模型，確定了RuO₂在特定結構條件下會發生腐蝕，導致釕（Ru）元素的溶解，從而影響其催化活性。

2.? Ta-RuO₂電催化劑的研究進展為質子交換膜水電解槽中氧進化反應提供了一種新的、成本效益更高的解決方案。。

四、【 科學啟迪】

? ? ? ?本文發現在 OER 過程中，RuO₂電催化劑會受到與結構有關的腐蝕。這種腐蝕是由于RuO₂電催化劑穩定性差（即 Ru 溶解）的直接原因。摻雜 Ta 可以抑制Ru的溶解，同時提高 RuO₂電催化劑對 OER 的內在活性。工業示范清楚地表明，RuO₂電催化劑穩定性差的問題已被成功解決，Ru 基催化劑具有更高的催化活性。與基于 Ir 的催化劑相比，基于 Ru 的催化劑具有更理想的 OER 活性，從而為 PEM-WE 的電催化劑提供了極具吸引力的選擇。Ta-RuO₂電催化劑，其出色的穩定性和較低的過電位不僅有望降低水電解制氫的成本，還可能推動清潔能源技術的發展。這項研究不僅為RuO₂催化劑的改進提供了新的思路，也為其他高性能催化劑的開發提供了寶貴的經驗。隨著進一步的研究和優化，Ta-RuO₂有望在未來的水電解技術中發揮重要作用。

原文詳情：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado9938