近日，材料学院李小鹏研究员课题组联合上海光源姜政研究员、复旦大学刘智攀教授、韩国汉阳大学李政昊教授在国际顶级期刊《自然·催化》（Nature Catalysis）发表题为“在晶态氧化锰表面原位重构钌原子阵列用于酸性电解水”（“In-situ reconstructed Ru atom array on α-MnO₂ with enhanced performance for acidic water oxidation”）的研究论文。澳门·永利集团3044为第一通讯单位。

图1. 晶态氧化锰纳米纤维负载钌原子阵列催化电解水反应示意图

开发廉价绿色产氢技术对于实现碳中和以及氢燃料电池规模化应用有着重要意义。质子交换膜（PEM）电解水是当前主流的制氢技术之一，由于其阳极多采用昂贵的铱金属作为催化剂，从而限制了其大规模应用。钌的价格仅为铱的1/6，可替代铱作为催化剂，但是钌的缺点是不耐腐蚀。该研究提出了全新的原子阵列催化剂设计理念，在晶态氧化锰纳米纤维表面，通过一步阳离子交换的方法构筑钌原子阵列（催化剂名称简写：Ru/MnO₂），在实现钌原子利用率为100%的同时，触发原子间协同催化，进而使得Ru/MnO₂展现出卓越的水分解反应活性。另外通过纤维载体与钌的动态置换反应，克服了钌的溶出问题，使得该催化剂获得了独有的自修复能力。Ru/MnO₂的活性与稳定性均大幅度超越商业化催化剂以及现有文献报道的催化剂，且制备简单能够实现放大生产（专利申请号：2021102623365）。Ru/MnO₂在提升电解水制氢效率的同时，使得阳极催化剂成本降低50倍以上。该项研究提供了新的非均相催化剂设计范式，原子阵列催化剂不仅能够大幅降低贵金属用量，并预计在化学品合成、能源和环境催化领域都将有着广阔的应用前景。

该研究工作得到了国家自然科学基金、澳门·永利集团3044励志计划、东方学者以及上海市人才发展资金等基金的资助。

全文链接： https://www.nature.com/articles/s41929-021-00703-0