基于此，中科院長春應用化學研究所葛君杰研究員、邢巍研究員和王穎副研究員（共同通訊作者）等人報道了反應途徑（包括催化機理和中間體結合強度）對Ru基催化劑操作穩定性的決定性作用。以MRuOx（M=Ce4+、Sn4+、Ru4+、Cr4+）固溶體為結構模型，通過控制Ru電荷來確定反應路徑，從而確定反應穩定性。其中，篩選出SnRuOx催化劑在1.48 V下表現出2360 A gRu?1的高本征活性，TOF為AEM機制下的最高值，為0.63 s?1。此外，該催化劑表現出目前最好的運行穩定性，在100 mA cm?2下，在41.65 μgcat?cm?2的低催化劑負載下，250 h的過電位僅增加了26.8 mV。在PEM電解槽中，在1 A cm?2的1300 h耐久性測試中，降解速率僅為53 μV h?1，將Ru基催化劑的壽命提高了幾個數量級。作者對基于RuO2(110)構建Ru-O-M基元的M0.5Ru0.5O2仿真模型進行了DFT計算。通過計算Ru-O-M中Ru的電荷發現，隨著M4+的電負性從1.608（Ce4+）增加到1.861（Cr4+），Ru的電荷從1.49（Ce0.5Ru0.5O2）增加到1.57 （Cr0.5Ru0.5O2）。作者還評估了在Ru位點的AEM和LOM反應路徑中，理論OER活性對Ru電荷的依賴性，因為M（M=Ce、Sn、Cr）位點在兩種反應路徑下都具有極差的活性。此外，作者還計算了M0.5Ru0.5O2的理論OER過電位，Sn0.5Ru0.5O2樣品具有中等Ru電荷，代表了最低的理論OER過電位。對于低（Ce0.5Ru0.5O2）和高Ru（RuO2和Cr0.5Ru0.5O2）電荷的樣品，觀察到OER過電位的增加。隨著Ru電荷的增加，M0.5Ru0.5O2的電位決定步驟（PDS）從OH*/O*轉變為O*/OOH*，這是Ru-O*結合的加強。因此，Ru位點電荷可以用于指示AEM反應活性。Customized reaction route for ruthenium oxide towards stabilized water oxidation in high-performance PEM electrolyzers.?Nat. Commun.,?2023, DOI: 10.1038/s41467-023-36380-9.https://doi.org/10.1038/s41467-023-36380-9.
