TiO2负载Cr-Ru氧化物催化剂：高效质子交换促进电催化水分解新策略

本研究开发了一种新型TiO2负载铬-钌氧化物催化剂（Cr0.66Ru0.34O2/TiO2），通过调控晶格氧机制（LOM）和氧空位机制（OVSM），在质子交换膜水电解（PEMWE）中实现179 mV低过电位和1.633 V低槽电压，显著降低贵金属用量并提升催化稳定性，为绿色制氢提供高效解决方案。

　　

研究亮点

我们成功开发了TiO₂负载的铬-钌混合氧化物催化剂（Cr_0.66Ru_0.34O₂/TiO₂），通过溶胶-凝胶和水热法实现可控结晶与均匀分散。铬与钌的协同作用调控电子结构，促进晶格氧机制（LOM）并增强催化活性。TiO₂载体凭借高比表面积和酸性条件下的化学稳定性，稳定氧空位并助力氧空位机制（OVSM），最终提升催化稳定性。

化学品

钛酸四丁酯（C₁₆H₃₆O₄Ti，≥98%）、曲拉通X-100（C₃₄H₆₂O₁₁）、硝酸溶液（HNO₃，22wt%）、六氯钌酸铵（(NH₄)₂RuCl₆）、九水合硝酸铬（Cr(NO₃)₃·9H₂O）、柠檬酸（C₆H₈O₇）、异丙醇（C₃H₈O）、无水乙醇（C₂H₅OH）、环己烷（C₆H₁₂）、1-己醇（C₆H₁₃OH）、乙二醇（C₂H₆O₂）等试剂均来自阿拉丁或国药集团，纯度符合分析要求。

物理表征

Cr_xRu_1-xO₂/TiO₂的制备路线如图1a所示。采用溶胶-凝胶法制备的金红石介孔TiO₂载体可容纳大量活性纳米颗粒。随后通过溶胶-凝胶法将CrO₂/RuO₂活性纳米颗粒锚定在TiO₂载体上，经180°C水热反应形成不同比例的Cr_xRu_1-xO₂/TiO₂系列产物。最后通过高温处理增强催化剂粉末的结晶度。

结论

本研究成功设计出低贵金属含量的高性能酸性析氧电催化剂Cr_0.66Ru_0.34O₂/TiO₂。通过精确调控Cr/Ru比例，催化剂在保留金红石晶体结构的同时引入丰富氧空位。TiO₂载体凭借高比表面积和稳定物理性质，促进活性位点均匀分散并增强电荷转移。此外，该催化剂设计突破了传统吸附物演化机制（AEM）的限制，实现了晶格氧机制（LOM）与氧空位机制（OVSM）的高效协同，为质子交换膜水电解（PEMWE）技术提供了具有产业化前景的阳极材料解决方案。