黑龙江大学付宏刚、闫海静，新加坡南洋理工大学陈晓东最新AM：稳定钌基质子交换膜水电解系统工程

第一作者：张海生

通讯作者：，闫海静，陈晓东，付宏刚

单位：新加坡南洋理工大学，黑龙江大学

质子交换膜水电解（PEMWE）技术被视为实现绿色制氢工业化的关键技术路径。然而，其大规模应用受制于阳极催化剂对铱元素的严重依赖——铱资源储量匮乏且成本高昂。近年来，以钌基复合材料作为阳极催化剂的钌基PEMWE体系由于其更低的电解电压和更优的成本效益展现出替代铱基体系的潜力。然而，Ru基催化剂在高电位下的溶解、膜化学降解、多孔传输层与双极板腐蚀等稳定性问题及其相互关联作用，严重制约了该技术的实际应用。

近日，来自新加披南洋理工大学的陈晓东院士与黑龙江大学的闫海静、付宏刚教授合作，在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为“Engineering of Stabilized Ru-Based Proton Exchange Membrane Water Electrolysis”的综述文章。该综述文章系统研究了从钌基催化剂到其他核心组件再到电解槽系统的全链条衰减机制，并且总结了包括组件优化与系统协同优化以构建高效稳定的钌基PEMWE系统的可行策略。

钌基PEMWE系统的稳定性问题本质不仅是催化剂的衰减，而是全体系的连锁反应。

系统总结了钌基催化剂、膜、多孔传输层和双极板的稳定性提升策略。

强调了系统工程的重要性并总结了优化系统内传质传荷过程的策略。

通过计算氢气平准化成本（HLC），对目前已报道的高性能钌基PEMWE体系与商业铱基PEMWE体系进行了基准对比。在此基础上，进一步推算了当与商用铱基体系的制氢成本相当时，其所需要达到的稳定性目标，从而为后续研发提供了明确的量化指引。

强调了利用机器学习等AI技术可以有效加速筛选高效、稳定的催化剂，膜，多孔传输层和双极板材料，并且AI技术可以辅助实现系统协同优化，是未来提升稳定性系统工程不可或缺的工具。

Engineering of Stabilized Ru-Based Proton Exchange Membrane Water Electrolysis

闫海静，黑龙江大学化学化工与材料学院教授，博士生导师，国家自然科学基金优秀青年基金。2011年毕业于佳木斯大学化学系获学士学位，2017年在黑龙江大学无机化学博士学位后留校任，2021年受聘教授。担任《应用化学》和《Chinese Chemical Letters》青年编委，中国材料与试验标准化委员会（CSTM）/科学试验标准化领域委员会-电解水制氢材料试验标准化分技术（FC98/TC10/SC01）委员。2022年荣获中国化学会菁青化学新锐奖。近年来一直从事过渡金属间隙化合物（碳化物、氮化物、磷化物）的可控合成及电催化分解水制氢、有机物电合成等方面的研究。

付宏刚，黑龙江大学博士生导师，教育部长江学者奖励计划特聘教授。1999年9月任化学化工与材料学院副院长，2003年开始担任化学学科带头人，2004年3月任院长，2008年8月任功能无机材料化学教育部重点实验室主任，2010年11月任黑龙江大学副校长，2017年6月任校长。首批“国家万人计划”百千万工程领军人才，新世纪百千万人才工程国家级人选。教育部科技委员会化学化工学部委员（两届），现任中国可再生能源学会光化学专业委员会荣誉主任；中国感光学会光催化专业委员会副主任；中国化学会应用化学、无机化学学科委员会委员，催化、电化学及晶体化学专业委员会委员；国家自然科学基金委“功能介孔材料基础科学中心”和“人工光合作用基础科学中心”学术委员会委员；英国皇家化学会会士；《EES Catalysis》副主编，《Science China Materials》和《化学学报》编委；2018-2024年连续7年入选科睿唯安全球高被引科学家。

本论文的第一作者为黑龙江大学化学化工与材料学院的博士研究生张海生，主要研究方向为高效稳定的PEMWE阳极催化剂的制备，以及酸性OER界面机制研究。