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使用聚合物電解質膜(PEM)的水電解技術被認為最適合通過將間歇性可再生能源轉化為高純度H₂來推動碳中和，因為它在電流密度和瞬時電流響應方面優于堿性水電解槽。然而，PEM水分解的大規模應用受到水氧化催化半反應的極大限制：1.Ir催化劑的高成本；2.Ir在催化析氧反應(OER)中的高過電位。

鑒于此，Ru以較低的價格、較高的地球豐度和較高的內在OER活性吸引了人們的研究興趣。然而，Ru的氧化物在苛刻的陽極和酸性條件下的穩定性仍然長期未得到解決，Ru的實際利用是不現實的。因此，提高Ru基催化劑的反應穩定性迫在眉睫。

基于此，中科院長春應化所葛君杰、邢巍和王穎等提出了一個直觀的描述符(Ru電荷)，以描述催化劑的整體活性和穩定性。研究發現，盡管催化劑的不穩定性很復雜，但它與Ru電荷和Ru-O鍵斷裂的困難程度密切相關，即氧空位(ΔG_VO)和Ru空位(ΔG_VRu)之間的生成能平衡。

因此，研究人員通過通過控制M-O-Ru結構來改變RuO₆基序周圍的螯合元素，不僅成功地調節了反應機制(選擇是否將晶格氧參與到反應中(LOM))，而且還調整了吸附質演化反應下的活性和穩定性(AEM)。

基于以上分析，研究人員篩選出具有Sn-O-Ru局部結構的SnRuO_x固溶體(該固溶體遵循具有適當Ru-O結合強度的AEM)。性能測試結果顯示，SnRuO_x催化劑在1.48 V_RHE的電壓下表現出較高的效能(2360 A g_Ru^?1)，以及較高的TOF值(0.63 s^?1)。

此外，該催化劑表現出迄今為止最好的反應穩定性，其在100 mA cm^?2電流密度下以及催化劑負載量為41.65 μg_cat cm^?2的情況下，在250 h試驗期間過電位僅增加26.8 mV；在可擴展的質子交換膜電解槽中，在1 A cm^?2下連續反應1300小時的耐久性試驗中，該催化劑具有53 μV h^?1的最小降解速率。

總的來說，該項工作提出了一個可行的構想，并且建立一個穩定和高效率的Ru基催化劑，這為Ru基材料在PEMWE的應用奠定了基礎。

Customized Reaction Route for Ruthenium Oxide towards Stabilized Water Oxidation in High-performance PEM Electrolyzers. Nature Communications, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-36380-9

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