钌掺杂诱导CoNiOOH表面自重构实现高效全解水催化

针对碱性电解水反应中催化剂稳定性不足的问题，研究人员通过钌(Ru)掺杂策略构建了CoMoO4@Ru20/NF三明治结构预催化剂，经电化学自组装形成Co(Ni)OOH-MoO3-Ru20/NF-C/A双功能电极。该材料在10/100 mA cm-2电流密度下分别仅需1.538/1.82 V过电位即可稳定运行100小时，且适用于海水环境，揭示了电催化剂活性位点的动态演化规律。

　　

随着化石能源短缺与碳排放问题日益严峻，发展绿氢制备技术成为全球能源转型的关键。电解水制氢技术因其零碳排放特性备受关注，但受限于析氢反应(HER)和析氧反应(OER)的缓慢动力学，亟需开发高效稳定的双功能电催化剂。传统钌(Ru)、铱(Ir)等贵金属催化剂成本高昂，而过渡金属基材料虽成本较低却面临导电性差、活性位点不足等挑战。尤其值得注意的是，OER四电子转移过程的高能垒成为制约全水解效率的瓶颈，而现有研究对钌掺杂CoMoO₄基材料的OER性能调控机制尚未阐明。

新疆农业大学的研究团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表研究，通过创新性地将钌纳米粒子夹嵌于泡沫镍(NF)与CoMoO₄之间，构建出具有三明治结构的预催化剂。该材料在电催化过程中发生表面自重构，形成含有Co(Ni)OOH活性相的异质结构，最终实现在碱性和海水环境中高效稳定的全水解性能。研究采用室温浸渍法制备Ru₂₀/NF前驱体，结合电沉积技术合成CoMoO₄包覆结构，通过电化学活化诱导表面重构。利用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征材料相变，结合电化学阻抗谱(EIS)分析电荷转移机制。

物理和化学性质
研究发现Ru³⁺在NF表面被原位还原为Ru⁰纳米颗粒，NF既作为导电基底又提供还原环境。CoMoO₄纳米片垂直生长形成多孔结构，比表面积达89.6 m² g^-1。XPS证实Ru掺杂引起Co 2p轨道结合能正移0.3 eV，优化了电子结构。

电化学性能
重构后的CNMR₂₀/NF-C/A电极在1 M KOH中HER过电位仅29 mV@10 mA cm^-2，OER过电位258 mV@50 mA cm^-2。全水解系统在1.538 V低电压下即可驱动10 mA cm^-2电流密度，100小时稳定性测试后活性衰减<2%。海水电解时性能与淡水相当，抗氯离子腐蚀能力显著。

结论与意义
该研究揭示了电催化过程中活性相从CoMoO₄向Co(Ni)OOH的动态转变规律，阐明Ru掺杂通过降低d带中心优化氢吸附自由能的机制。所提出的"三明治结构-电化学重构"策略为设计非贵金属基双功能催化剂提供了新思路，其海水兼容性更拓展了电解水技术的应用场景。研究成果对推动绿氢规模化生产具有重要实践价值。