近日，省部共建纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室徐卫林院士团队姚娜博士在质子交换膜水电解槽（PEMWE）阳极材料的制备领域取得重要进展，提出了通过Ru-N键将Ru氧化物锚定在UiO-67-bpydc上，合成原子分散的Ru氧化物催化剂用于实现酸性介质下的高效氧析出反应（OER）。Ru氧化物与UiO-67-bpydc之间的Ru-N键不仅促进晶格氧参与OER过程，还可以稳定可溶性*Vo-RuO42-中间体，这有助于提高OER活性和长时间稳定性。
相关成果以“Atomically Dispersed Ru Oxide Catalyst with Lattice Oxygen Participation for Efficient Acidic Water Oxidation”为题，发表在国际顶级期刊《Chem》上（《Cell》的姊妹刊），姚娜作为第一作者，通讯作者为武汉大学的罗威教授。该成果分别被澳大利亚科学院院士乔世璋教授和厦门大学黄小青教授在《Chem》（Chem，2023,13, 1628-1630）和《Matter》(Matter，2023,5, 2099-2100)上发表了评述论文，高度肯定了该突破性的想法。
论文连接：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.03.005
开发酸性介质下稳定、高活性、高性价比的析氧反应电催化剂是实现质子交换膜水电解槽（PEMWEs）的前提，但仍面临巨大挑战。目前，PEMWEs的阳极端严重依赖于抗电化学腐蚀性良好的铱（Ir）基氧化物，然而其成本高，稀缺且活性不足等问题阻碍了PEMWEs的大规模实际应用。钌（Ru）基氧化物独特的晶格氧氧化机制(LOM)提供了显著的活性突破，但晶格氧的参与会导致可溶的高价氧空位中间体(*Vo-RuO42-)的形成，引发催化剂结构崩塌和溶解，进而导致催化活性急剧下降，稳定性难以维系。在酸性条件下，以牺牲活性为代价抑制晶格氧氧化机理（LOM）路径以提高钌基电催化剂的稳定性是目前最常见的解决方案。然而，同时实现高活性和稳定性的策略仍然需要进一步探索。
该研究提出了通过Ru-N键将Ru氧化物锚定在UiO-67-bpydc上，合成原子分散的Ru氧化物催化剂用于实现酸性介质下的高效OER。电化学实验、原位拉曼光谱、X射线吸收光谱、18O标记差分电化学质谱和理论计算结果表明，Ru氧化物与UiO-67-bpydc之间的Ru-N键不仅促进晶格氧参与OER过程，还可以稳定可溶性*Vo-RuO42-中间体，这有助于提高OER活性(10mAcm-2下的过电势仅为200mV)和长时间稳定性(长达115 h)。该研究为同时设计高效、稳定的钌氧化物基酸性电催化剂提供了一种新的策略，为PEMWs的实际应用提供了一种动力学有利的LOM途径。
姚娜于2022年7月加入省部共建纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室徐卫林院士团队。主要从事柔性电极材料负载高效的可控制备及其相关机理研究等方面的工作。在Chem, Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Chem. Sci., ACS Catal.等国际知名权威期刊以第一/共一作者发表SCI论文17篇。
