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质子交换膜水电解（PEMWE）可制 “绿色” 氢，但 Ru 基催化剂稳定性差。研究人员开发出 “半晶态” Y 掺杂 RuO2，其在 PEMWE 中性能优异，1.64 V 可达 1 A cm?2 ，0.5 A cm?2 下稳定超 300 h，为 PEMWE 催化剂研发提供新策略。
质子交换膜水电解（PEMWE）为生产 “绿色” 氢提供了一条理想途径，“绿色” 氢是 “净零” 能源中最具前景的能量载体。近年来，Ru 基催化剂因其较高的本征活性和相对 Ir 基催化剂更低的成本备受关注，然而其稳定性较差，阻碍了实际应用。
研究发现，由于离子半径和价态不匹配，制备出了超细 “半晶态” Y 掺杂 RuO2 。这种材料在 PEMWE 中展现出卓越的活性和稳定性，在 1.64 V 电压下电流密度可达 1 A cm?2 ，在 0.5 A cm?2 电流密度下可稳定运行超 300 h。性能大幅提升归因于 Y 掺杂诱导的更高效稳定的双位点耦合机制和丰富的活性位点密度。
在催化过程中，活性和稳定性常常相互制约，尤其是在酸性介质中发生的水氧化反应（WOR）产氢过程。离子不匹配诱导形成的半晶态 Y0.3Ru0.7O2 ，却能在 WOR 中表现出优异的活性和稳定性。Y3+ 与 Ru4+ 的离子半径和价态不匹配，形成了由超细晶区和非晶区强键合的混合纳米结构。短程有序结构缩短了相邻距离，促成了更高效稳定的双位点耦合机制，在 10 mA cm?2 电流密度下过电位极低，仅为 170 mV，且在酸性电解液中能稳定运行超 300 h。
负载该催化剂的质子交换膜（PEM）水电解槽性能出色，仅需 1.64 V 电压就能达到 1 A cm?2 的电流密度，在 0.5 A cm?2 下可稳定运行 300 h 以上，展现出在 PEM 电解领域巨大的实际应用潜力。
