综述：钌基双金属阳极电催化氧化生物质废水的电催化基准研究

这篇综述系统研究了钌氧化物(RuO2)掺杂第二金属(M2)形成的双金属阳极(RuM2)在生物质废水(HTL-WW)电催化氧化(ECO)中的性能。作者创新性地提出原位电催化基准测试方案，通过循环伏安法(CV)、电化学活性表面积(ECSA)等技术，揭示了RuM2在废水处理与制氢协同过程中的优势，为开发低成本高效电极提供了新思路。研究特别强调电解质组成(pH)与有机物的相互作用对电极性能的关键影响。

　　

生物质能源作为可再生碳中性能源备受关注，其水热液化(HTL)过程产生的废水(HTL-WW)含有大量短链碳氢化合物。传统电催化氧化(ECO)技术面临清洁水需求高、能耗大等挑战，而利用废水同步制氢的ECO工艺展现出独特优势。钌氧化物(RuO₂)因其稳定的电催化性能成为研究焦点，但通过掺杂第二金属(M2)提升性能的机制尚不明确。

材料与方法
研究团队通过热分解法在钛箔上制备了七种Ru_0.5M_0.5O_x阳极(M=Ti、Mn、Cu、Ni、Co、Ir、Pt)。采用掠入射X射线衍射(GI-XRD)分析晶体结构，X射线光电子能谱(XPS)表征表面化学状态，扫描电镜(SEM)观察形貌特征。电化学测试在四类电解质(磷酸盐缓冲液PBS、Na₂CO₃、NaOH、NaCl)中进行，通过循环伏安法(50mV/s)评估性能。

物理表征结果
GI-XRD证实Ti、Mn、Ir、Co成功掺入RuO₂晶格，晶格参数变化达4.5%。XPS显示所有阳极表面以Ru⁴⁺为主，但Mn/Co掺杂样品出现高价态Ru^x+。SEM显示Ni/Cu掺杂导致明显泥裂结构，而Ir/Pt掺杂表面更光滑。值得注意的是，表面与体相M2:Ru比存在显著差异，如Cu在体相富集(2.16)而表面贫化(0.59)，暗示反应中可能发生组分重构。

电化学性能突破
电化学活性表面积(ECSA)测试显示Ru_0.5Pt_0.5O_x活性最高(119m²/g_Ru)，是RuO₂的9.3倍。在0.1M NaOH中，Ru_0.5Ni_0.5O_x在1.5V(vs RHE)下电流密度达13mA/cm²，较基准提升5.6倍。特别在含HTL-WW的NaCl电解质中，多数阳极表现出β_a斜率降低和交换电流密度(j_a)升高的协同效应，表明有机物优先吸附氧化。

原位基准测试的创新应用
研究提出的基准方案通过对比有无HTL-WW时的电化学参数变化，快速评估电极性能。当β_a,w/WW/β_{a,w/out WW}<1且j_a,w/WW/j_{a,w/out WW}>1时，表明电极更倾向有机物氧化而非氧析出反应(OER)。数据分析揭示1.5V(vs RHE)可能是ECO最佳电位窗口，此时Ru_0.5Mn_0.5O_x在NaCl中电流密度提升7倍。

结论与展望
这项工作证实RuM2双金属阳极能显著提升HTL-WW处理效率，其中Mn、Ni、Cu掺杂体系在特定电解质中表现突出。建立的原位电化学基准策略可加速电极筛选，避免繁琐的表征工作。未来研究应结合原位表征技术，揭示反应条件下电极表面真实活性位点结构，为设计新一代废水处理-制氢一体化电极提供理论指导。