在當前“雙碳”政策的背景下，堿性氫氧化反應（HOR）作為氫能高效利用的重要途徑，受到廣泛關注。近日，中國科學院合肥物質院強磁場科學中心王輝研究員、鄭方才項目研究員與安徽大學羅齊全教授合作，依托穩態強磁場實驗裝置（SHMFF）電子順磁共振測量技術（ESR），開展了堿性氫氧化反應催化劑性能的研究，提出了通過Ru-O界面結構調控Ru催化劑局部電子結構的策略，實現了堿性氫氧化反應性能的提升，相關研究成果發表在Nano Letters上。

Ru作為最具成本效益的鉑族金屬，有望替代Pt催化劑應用于堿性氫氧化反應。然而，Ru催化劑表面活性位點容易吸附電解質中的H*和OH*，這會阻礙堿性氫氧化反應中H*的解吸附過程，進而減緩堿性氫氧化反應的速率。

針對這一科學問題，本研究通過MnO晶格限域Ru催化劑，構建了高效穩定的堿性氫氧化反應活性位點?。團隊借助ESR證實了界面Ru-O鍵的形成。這一形成優化了界面局域電子結構，導致界面Ru原子的d帶中心下移?，實現了對H*和OH*吸附的優化，從而降低了H?O的形成能壘?。該催化劑在0.1 M KOH電解液中展現出1.26 mA μg?1_Ru的質量活性，分別高于對比樣品Ru/C（0.097 mA μg?1_Ru）和商業Pt/C（0.158 mA μg?1_Pt）質量活性的13.0倍和8.0倍?。同時，該催化劑還表現出優異的耐久性和CO抗毒性?。

該研究為堿性氫氧化反應催化劑研究提供了新思路，展示了界面電子結構調控在增強Ru催化劑于堿性氫氧化反應活性中的關鍵作用?。

該項研究獲得了國家重點研發計劃、國家自然科學基金項目、安徽省自然科學基金項目、合肥物質院院長基金拔尖培育計劃、中國科學院合肥科學中心協同創新項目、強磁場安徽省實驗室等的資助。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c06285

圖. 理論計算模擬Ru催化劑表面電子結構及氫氧化反應性能。