通过等价取代抑制氧化钌中晶格氧氧化，实现质子交换膜水电解槽（PEMWEs）可持续析氧反应的关键突破

为解决铱（Ir）在质子交换膜水电解槽（PEMWEs）中作为析氧反应（OER）电催化剂时存在的稀缺、高成本问题，研究人员开展了 Ru 基催化剂的研究。结果表明，引入等价 Ti4+可抑制晶格氧氧化，提升 PEMWEs 中 OER 稳定性，意义重大。

　　在质子交换膜水电解槽（PEMWEs）中，铱（Ir）作为析氧反应（OER）的电催化剂，由于其稀缺性和高昂成本，限制了广泛应用。近期，具有高本征活性和低成本的 Ru 基催化剂受到广泛关注，但在高氧化电位下，这类催化剂存在严重的性能衰退问题。因此，探究其失活机制并开发稳定实用的 Ru 基 OER 催化剂迫在眉睫。在这项研究中发现，构建等价取代的 RuO₂基固溶体（SS），能有效避免高氧化电位下晶格氧的氧化和结构坍塌，进而增强 PEMWEs 中 OER 的稳定性。具体而言，配备优化后的 RuTiO_x SS 阳极的 PEM 电解槽，不仅在 500 mA cm^?2的电流密度下可稳定运行 170 小时，还能在波动电压输入下持续运行 120 小时。

研究还发现，引入等价的 Ti⁴⁺到 RuO₂中，可显著抑制晶格氧的氧化。光谱和理论分析结果显示，Ti⁴⁺的掺入，一方面通过削弱 Ru-O 键的共价性，降低了晶格氧介导机制（LOM）的比例；另一方面，通过抑制 Ru-O 键的收缩，抑制了高氧化偏压下晶格氧的动态活化。电位分辨差分电化学质谱（DEMS）证实，Ti⁴⁺掺入后，LOM 比例从 1.8V 时的 53.45% 降至 5% 。等价 Ti⁴⁺取代的 RuO₂在 PEMWEs 中，不仅在 100 mA cm^?2的电流密度下运行时间超 500 小时，还能在 1.5 - 1.8V 的波动电压输入下稳定运行 120 小时。