胡鐘霆，浙江工業大學 ，博士，教授，博士生導師，海外留學10余年，獲新加坡南洋理工大學博士學位；在Appl. Catal. B等期刊發表SCI論文60篇（一作/通訊30篇，入選ESI高被引論文4篇、熱點1篇、H指數24），授權發明專利近10項，擔任Appl. Catal. B、Water Research、Chem. Eng. J、ACS Applied Materials & Interface等40多個期刊特邀審稿人。主持國家自然科學基金、國家重點研發計劃子課題、新加坡以色列國家聯合基金、校企科技研發重大項目等6項，參與國家重點研發計劃（3項）及與德國BASF、美國3M、中國SINOPEC大型企業的合作項目10余項，獲中國化工學會科技獎（基礎成果）一等獎、浙工大“杰出青年英才支持計劃”、入選“2023全球前2％頂尖科學家榜單（World’s Top 2% Scientists 2023）等榮譽。（信息來源：https://homepage.zjut.edu.cn//zt18/、更新時間：2023.04.26）論文速覽釕（Ru）基電催化劑活性位點的不斷溶解和氧化嚴重阻礙了其在質子交換膜水電解槽（PEMWE）中的實際應用。本論文研究了3d過渡金屬摻雜的MRuOx（M = Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn）作為PEMWE中酸性析氧反應（OER）的持久耐用電催化劑。通過密度泛函理論（DFT）計算出Ru在MRuOx中的溶解能，篩選出ZnRuOx作為最佳候選材料。 結果表明，ZnRuOx在酸性OER中顯示出卓越的穩定性，經過15000次CV循環后，η10的衰減可以忽略不計。更重要的是，使用ZnRuOx作為陽極的PEMWE能夠在200 mA cm-2的電流密度下穩定運行120 h。研究還進一步揭示了ZnRuOx的穩定性機制，即摻雜在ZnRuOx納米晶體外部的Zn原子會形成一個“Zn富集”的殼層，有效地縮短了ZnRuOx中Ru-O鍵的平均長度，增強了Ru-O的相互作用，從而提高了ZnRuOx在酸性OER中的穩定性。本工作不僅提供了使用DFT計算指導實驗合成的新研究范例，而且還提供了一個概念驗證，即3d金屬摻雜劑作為RuO2穩定劑，作為開發PEMWE用高耐久性基于Ru的催化劑的通用原則。圖文導讀圖1：DFT計算與篩選。圖2：MRuOx樣品的合成示意圖及其OER性能。圖3：酸性OER和PEMWE的耐久性評估。圖4：ZnRuOx的結構表征。總結展望本研究成功地通過DFT計算和實驗驗證，開發了一種新型的ZnRuOx電催化劑，該催化劑在酸性OER中顯示出卓越的穩定性和耐久性。ZnRuOx的優異性能歸功于Zn原子摻雜形成的“Zn富集”殼層，不僅增強了Ru-O鍵的強度，還提高了整體結構的穩定性。本工作為設計和開發用于PEMWE的高耐久性Ru基電催化劑提供了重要的理論和實驗依據，也為3d金屬摻雜劑作為RuO2穩定劑的應用提供了新的思路。未來，可以進一步探索不同摻雜元素和摻雜水平對RuO2基電催化劑性能的影響，以實現更高效、更經濟的能源轉換技術。文獻信息標題：Designing 3d Transition Metal Cation-Doped MRuOx As Durable Acidic Oxygen Evolution Electrocatalysts for PEM Water Electrolyzers期刊：Journal of the American Chemical SocietyDOI：10.1021/jacs.4c04096
