华侨大学谢水奋教授团队最新AM：亚纳米非晶RuIrOx活性层包覆超细Pt纳米线，实现PEM电解水新突破，2000小时不衰减！

第一作者：王淑棚，蔡俊林

通讯作者：谢水奋*，谢兆雄*

单位：华侨大学，厦门大学

质子交换膜水电解制氢的产业化，长期受困于阳极催化剂“高成本、低活性”的IrO₂与“高活性、低稳定”的RuO₂这一两难选择。非晶氧化钌虽具更高活性，但其亚稳态特性使得在纳米尺度精准构建并稳定此类高活性非晶结构一直是材料合成上的巨大挑战。本工作创新发展了表面原位氧化策略，成功在超细铂纳米线上精心构筑了稳定的亚纳米非晶RuIrOx覆盖层，利用Ir掺杂协同实现了结构非晶化与电子结构调控，一举攻克了非晶催化剂活性与稳定性不可兼得的核心矛盾，为设计实用化的高性能催化剂提供了新的设计范式。

近日，华侨大学谢水奋教授联合厦门大学谢兆雄教授在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为“Confined Subnanometer Amorphous RuIrOx Overlayers on Ultrafine Pt Nanowires Achieve Ampere-Level Durable PEM Water Electrolysis”的研究论文。该文章围绕质子交换膜水电解中阳极催化剂高活性与长期稳定性不可兼得的核心挑战，通过一种创新的原位氧化策略，首次在超细Pt纳米线上精准构筑稳定的亚纳米非晶RuIrOx活性层。研究表明，该催化剂利用Ir掺杂稳定了非晶结构，不仅实现了146 mV的超低过电位，更在安培级电流密度下获得超过2000小时的出色稳定性。机理研究表明独特的非晶表面能协同激活多重反应路径和晶格氧自修复能力。该项成果表明表面非晶相工程是设计兼具高活性与高稳定性电催化剂的有效范式，为推进下一代高性能电解水技术提供了新的催化剂设计途径。

研究通过表面原位氧化策略（图2a）成功在超细Pt纳米线（～1.0 nm）表面构建了平均厚度约1.6 nm厚的非晶RuIrOx覆盖层（c/a-Pt@RuIrOx NWs，图2c-e）。HAADF-STEM与EDS线扫分析（图2f-g）清晰揭示了这一核壳催化剂的元素分布，其中Pt集中于纳米线的内核，而Ru、Ir、O均匀分布于壳层区域，形成了具有结晶/非晶Pt@RuIrOx核壳纳米线。该策略攻克了在低维材料表面实现亚纳米级均匀非晶氧化物包覆层的合成难题，为设计新型非晶催化剂提供了普适性方法。

XRD图谱（图3a）显示Ir掺杂显著宽化并减弱了RuO₂的结晶衍射峰，表明其长程有序性被破坏。拉曼光谱（图3f）进一步显示，相较于Pt@RuOx NWs，c/a-Pt@RuIrOx NWs的特征峰强度显著降低且出现Ir–O特征峰，证实了Ir–O键的形成及结构的无序性，这与非晶结构的形成和Ru–O共价性的减弱相一致。XPS分析（图3b-d）进一步表明，Ir的引入降低了Ru⁴⁺比例（70.6% → 73.6%），削弱了Ru–O共价性，并引起Pt电子的向外转移（Pt 4f结合能正移），这有利于提升了催化剂的抗氧化与抗溶解能力。

所制备的c/a-Pt@RuIrOx NWs在酸性OER中表现出优异的综合性能（图4）：在10 mA cm⁻²电流密度下过电位低至146 mV，并能在10 mA cm⁻²下稳定运行超过1000小时，衰减率仅为66 μV h⁻¹。更重要的是，在实际PEMWE电解槽中，于1.0 A cm⁻²的安培级电流密度下仅需1.55 V槽压，并可稳定运行超过2000小时（图5b, d）。同时，经济性分析表明（图5f）其在1.0 A cm⁻²下的制氢能耗低至41.54 kWh kg⁻¹ H₂，预估制氢成本为$0.83/kg H₂，优于美国能源部2030年技术目标，展现出商业化应用潜力。

通过原位红外光谱和原位电化学差分质谱（图6）与理论计算（图7），揭示了性能提升的微观机理：独特的非晶表面结构协同激活了AEM与LOM乃至OPM等多重反应路径，实现了反应机制的动态互补。同时，研究观测到催化剂具备独特的晶格氧自修复能力，这有效抑制了由氧空位累积导致的结构衰变，是其卓越稳定性的重要原因。

Confined Subnanometer Amorphous RuIrOx Overlayers on Ultrafine Pt Nanowires Achieve Ampere-Level Durable PEM Water Electrolysis

谢水奋教授简介：华侨大学材料科学与工程学院教授、博士生导师。2007年厦门大学化学系本科毕业，2013年厦门大学化学系获得理学博士学位，2011年9月到2013年8月期间于美国佐治亚理工学院从事访问研究。2014年3月到2016年3月于厦门大学物理系任副教授；2016年4月起任职于华侨大学材料科学与工程学院。从事“纳米能源催化”领域研究，涵盖催化剂表界面结构的原子水平设计/合成、催化性能评估以及催化增强机理的分子水平研究。先后主持多项国家自然科学基金和福建省自然科学基金，入选福建省杰青、福建省青年拔尖人才等。以第一作者/通讯作者在JACS, Angew. Chem., Adv. Mater., PNAS, Nano Lett., ACS Catal., AFM, Nano Energy等重要期刊上发表多篇研究论文，他人引用超6000次，H index为42。

谢兆雄教授简介：厦门大学教授，博士生导师，固体表面物理化学国家重点实验室学术带头人。谢教授于1995年获厦门大学理学博士学位，1997年至1998年先后赴法国SACLAY核能研究中心与德国ULM大学从事博士后研究工作。1998年底博士后研究结束后，回国全心投入教学与科研。凭借突出的学术贡献，于2002年被破格晋升为教授。先后主持多项国家自然科学基金及教育部项目，2005年入选教育部首批“新世纪优秀人才支持计划”，并作为骨干成员参与国家“973计划”、基金委创新研究群体等重大课题。其成果曾获中国高校自然科学奖二等奖。至今，已合作发表SCI论文300余篇，论文被引用高达27000余次，H index为89。