电解1 kg氢气通常需要约10 kg淡水，海水被视为沿海绿氢的重要水源。但碱性海水中的Cl⁻会干扰界面反应并加速催化剂腐蚀，高电流密度下尤为明显。Ru具有优于Pt的水解离动力学和较低成本，但金属Ru对H、OH吸附偏强；RuSe₂能缓和这一问题，却仍受对称Ru-Se-Ru位点、水氢键网络刚性和氯腐蚀限制。
广西大学黄克磊、电子科技大学吴睿团队在Advanced Functional Materials发表的研究，用“水热前驱体+超快焦耳热”路线，在RuSe₂纳米晶中同步形成非对称Fe-Se-Ru位点与Se空位。最佳1/10Fe-RS在碱性海水HER中仅需20 mV即可达到10 mA cm⁻²；组装为AEM电解槽后，在1.0 A cm⁻²时的槽压为1.87 V，并稳定运行1000小时。
研究的核心不是简单掺Fe，而是通过焦耳热把Fe-Se-Ru非对称局部配位与Se空位同时写入RuSe₂，让位点、缺陷和界面水协同工作。
核心工艺：焦耳热把Fe和Se空位同时“写”进去
作者先用水热法制备不同Fe/Ru投料比的Fe-RS前驱体，再将前驱体包裹在碳纸中并置于电极间通电处理。焦耳热使材料以最高约70℃/s的速率升温，伴随高密度电子流、瞬态热冲击和快速淬冷，促进Fe进入RuSe₂晶格并产生Se空位。以管式炉样品为对照，本研究计算焦耳热的能耗仅为管式炉路线的1.6%；更重要的是，焦耳热样品具有更多缺陷和更好的电荷传递能力。最佳样品标记为1/10Fe-RS，其中“1/10”是Fe/Ru投料摩尔比，ICP-OES实测Fe含量约0.6 wt%。
把对称Ru-Se-Ru改成非对称Fe-Se-Ru
研究将普通RuSe₂的对称Ru-Se-Ru位点与Fe-Se-Ru/Se空位结构对照。前者表面的水分子更容易组织成强氢键网络，水传输和Volmer解离步骤受限；生成H₂后也不利于快速脱附。引入电负性更低的Fe后，电子由Fe向相邻Se-Ru单元重新分配，形成局部富电子区域；Se空位则提供配位不饱和位点。作者据此提出，二者可以共同削弱界面水氢键、优化H*吸附，并增强Ru-Se骨架在OH⁻和Cl⁻环境下的稳定性。
焦耳热后，Fe进入晶格并放大Se空位信号
焦耳热后，XRD显示样品结晶为立方RuSe₂；随着Fe投料增加，（311）峰向高角度轻微移动，符合Fe替位导致的晶格收缩。TEM中可见0.179、0.171和0.266 nm的晶面间距，对应RuSe₂的（311）、（222）和（210）晶面；EDS显示Fe、Ru、Se在颗粒内较均匀分布。
相较未掺杂RS，1/10Fe-RS的Ru 3p与Se 3d峰分别约负移0.15和0.14 eV，表明Fe与相邻Ru/Se存在电子相互作用；EPR在g=2.002处的增强信号则支持Se空位更丰富。
价带XPS显示，1/10Fe-RS的Ru d带中心由-3.47 eV下移至-3.51 eV，意味着Ru位点对H*的吸附适度减弱。Fe K边XANES表明Fe主要呈Fe³⁺特征，EXAFS在约2.1 Å处出现Fe-Se散射路径，结合波列变换结果，构成Fe进入RuSe₂局部配位环境的证据。这些结果支持论文提出的Fe-Se-Ru非对称局部结构，而不是金属Fe团簇简单负载在表面。
20 mV启动碱性海水HER，高电流区仍保持优势
在1 M KOH中，1/10Fe-RS达到10、100、200 mA cm⁻²分别需要12、46、67 mV，优于商业20 wt% Pt/C的25、129、190 mV；Tafel斜率仅18 mV dec⁻¹。在论文所称的碱性海水电解液中，对应过电位为20、84、128 mV，Tafel斜率为31 mV dec⁻¹。
以-100 mV vs. RHE计，其Ru质量活性在碱性水和碱性海水中分别为1.45和0.53 A mgRu⁻¹，是Pt/C的4.4倍和1.9倍；海水HER的法拉第效率为96.3%。性能随Fe含量先升后降，说明位点非对称性和缺陷浓度都需要落在合适窗口。
走进AEM电解槽，1.87 V驱动1 A cm⁻²
作者以1/10Fe-RS为阴极、NiFe-LDH/NF为阳极组装自制AEM水电解槽。在碱性海水中，常规整体电解测试于200 mA cm⁻²的槽压为2.07 V，低于Pt/C||NiFe-LDH的2.28 V；在AEMWE中，达到1.0 A cm⁻²只需1.87 V，而Pt/C对照为2.11 V。
该体系在1.0 A cm⁻²、25℃下运行1000小时，电压仅小幅波动；Pt/C对照则在约400小时后出现明显升压。论文还将电解槽与太阳能电池耦合，在100 mW cm⁻²模拟太阳光下得到11.3%的太阳能-氢能转换效率。
一边减缓Ru溶出，一边疏松界面水网络
在碱性海水、100 mA cm⁻²条件下，1/10Fe-RS电解液中的Ru溶出量在4小时和8小时分别为0.66与0.97 μg L⁻¹，低于RS的2.43与4.12 μg L⁻¹；H₂-TPR更高的还原温度和不同Cl⁻浓度下更低的过电位，也指向更稳固的Ru-Se配位。
原位ATR-SEIRAS则显示，1/10Fe-RS的H-O-H弯曲振动随电位变化的Stark斜率为67.38 cm⁻¹ V⁻¹，高于RS的37.14 cm⁻¹ V⁻¹；自由水比例更高、氢键更弱，说明水分子更易接近位点并发生解离。
DFT进一步比较了原始RuSe₂、仅含Se空位、同时含Fe-Se-Ru/Se空位，以及仅含Fe-Se-Ru的模型。Fe-Se-Ru/Se空位协同模型的d带中心为-1.302 eV，低于原始RuSe₂的-1.051 eV；最靠近空位的Ru位点Ru1的ΔGH为-0.041 eV，最接近热中性。计算还给出该Ru1位点更有利的H₂O → OH* + H热力学路径。结合原位红外，论文将优异HER归因于非对称位点与空位对水解离、H吸脱附和抗腐蚀的协同调控；需要注意，DFT自由能支持热力学趋势，并不等同于直接测得反应动力学势垒。
这项研究值得关注的3个地方
① 方法价值：焦耳热不只缩短合成时间，而是借助快速升温与淬冷，把平衡态下难以稳定的Fe-Se-Ru非对称位点和Se空位共同固定下来。
② 科学价值：Fe-Se-Ru/Se空位协同模型将d带中心下移，使Ru位点对H*吸附更接近热中性，同时疏松界面水氢键网络，从热力学上解释了活性与抗腐蚀性的同步提升。
③ 应用价值：AEM电解槽在1.0 A cm⁻²下稳定运行1000小时，并实现11.3%的太阳能-氢能转换效率。但下一步仍需在更复杂、波动的海水组分，以及更大面积电极和膜电极组件中验证材料与系统的长期协同可靠性。
论文信息：
Xiantao Yang, Yulu Zhang, Zhiheng Chen, Dong Wei, Yinghua Jiang, Hui-Ying Qu, Jing Xu, Zhangfa Tong, Rui Wu, Kelei Huang. Asymmetrical Fe-Se-Ru Active Sites in Ruthenium Diselenide Nanocrystals Boost Stable Ampere-Level Hydrogen Evolution in Alkaline Seawater. Advanced Functional Materials, 2026, e78258.
DOI： 10.1002/adfm.78258
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