近日，中国科学院大连化学物理研究所催化国家重点实验室二维材料化学与能源应用研究组研究员吴忠帅团队与理论催化创新特区研究组研究员肖建平团队合作，在电催化水氧化催化剂设计和机理解析研究方面取得新进展。合作团队发展了Rh掺杂和RuO₂表面氧空位的协同新策略，实现酸性水氧化过程的高效稳定催化转化，并揭示了晶格氧介导—氧空位反应机制（LOM-OVSM）。

　　电催化析氧反应（OER）作为水分解过程的关键半反应，在质子交换膜水电解制氢技术中具有重要作用。目前，酸性水氧化面临的挑战是催化剂（RuO₂、IrO₂）催化活性和稳定性的平衡，以及催化机理吸附演化机制（AEM）的理论热力学活性限制和晶格氧介导机制（LOM）活性中心金属过度氧化导致较低耐溶解性。

大连化物所揭示酸性水氧化晶格氧介导—氧空位反应新机制

　　本工作中，研究团队以RuO₂催化剂为研究对象，提出了Rh掺杂和RuO₂表面氧空位的协同策略构建Ru-O-Rh活性位点，同时优化了本征活性和稳定性，实现了在10 mA cm^-2电流密度时的过电位为161 mV，在50 mA cm^-2电流密度运行工作700 h后仍能保持99.2%的电化学活性。此外，研究团队进一步通过准原位/原位表征证明了可逆氧物种的循环过程，以实现增强的活性和稳定性。理论计算研究基于Rh-RuO₂催化模型筛选吸附演化机制（AEM）、晶格氧介导—氧空位机制（LOM-OVSM），以及晶格氧介导—单金属位点机制（LOM-SMSM）催化过程，揭示了富含氧空位的Ru-O-Rh位点诱导LOM-OVSM最优反应路径，打破了传统AEM的热力学能垒限制。该工作揭示了电化学酸性水氧化的晶格氧介导—氧空位机制，为设计高性能酸性OER催化剂和深入的机理分析提供新的思路，并为质子交换膜电解水制氢的实际应用提供参考。

　　相关研究成果以“Unraveling oxygen vacancy site mechanism of Rh-doped RuO₂ catalyst for long-lasting acidic water oxidation”为题，于近日发表在《自然—通讯》（Nature Communications）上。该工作的第一作者是大连化物所博士研究生王一和联合培养博士研究生杨荣。以上工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、榆林创新院人工智能科技专项、中科院洁净能源创新研究院合作基金等项目的资助。

　　文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-37008-8