【催化】东北师大常进法教授、邢子豪副教授/UCF杨阳教授JACS：精准设计尖晶石八面体-四面体协同作用的酸性水电解催化剂- 大数跨境

【催化】东北师大常进法教授、邢子豪副教授/UCF杨阳教授JACS：精准设计尖晶石八面体-四面体协同作用的酸性水电解催化剂

X-MOL资讯

2025-03-16

导读：东北师范大学常进法教授、邢子豪副教授/中佛罗里达大学（UCF）杨阳教授在Co3O4尖晶石结构中引入钌（Ru）和镍（Ni）并分别精准替位八面体和四面体位点的Co，成功开发了一种高效稳定的NiRuCoOx

质子交换膜水电解（PEMWE）技术为高纯氢气的制备提供了有前景的解决方案，然而，阳极OER主要依赖成本高昂的铱（Ir）作为催化剂，限制了其商业应用。钌（Ru）基催化剂由于高OER活性及价格和储量优势，被广泛认为是Ir的替代品。然而，Ru的长期稳定性在酸性条件下依然是个重大挑战。为了提高Ru基催化剂的耐用性，设计时应特别关注在酸性OER条件下稳定晶格氧和表面Ru的策略。

近日，东北师范大学常进法教授、邢子豪副教授/中佛罗里达大学（UCF）杨阳教授在Co₃O₄尖晶石结构中引入钌（Ru）和镍（Ni）并分别精准替位八面体和四面体位点的Co，成功开发了一种高效稳定的NiRuCoO_x催化剂，这种设计利用了Ni和Ru之间的协同作用，形成了Ru−O−Ni电子耦合效应，从而促进了酸性氧析出反应（OER）直接双氧自由基偶联路径（DOM）。通过密度泛函理论（DFT）计算和原位拉曼光谱分析，确认了Ru作为OER的主要活性位点，Ni在稳定晶格氧和Ru−O键中起到关键作用。该NiRuCoO_x在酸性条件下具有极低的OER过电位（166 mV@10 mA cm^-2）和优异的稳定性（超过1500小时运行，电压衰减率仅0.025 mV h^-1）。

图1. 催化剂设计原理示意图

该研究成果发表在近期出版的Journal of the American Chemical Society 上，东北师范大学博士研究生霍孟田和吉林大学博士研究生孙昊是论文第一作者，通讯作者为东北师范大学常进法、邢子豪和美国中佛罗里达大学杨阳。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Tailoring Octahedron-Tetrahedron Synergism in Spinel Catalysts for Acidic Water Electrolysis

Mengtian Huo, Hao Sun, Zhao Jin, Wei Liu, Yu Liang, Jingyao Liu, Changpeng Liu, Zihao Xing*, Yang Yang*, Jinfa Chang*

J. Am. Chem. Soc., 2025, DOI: 10.1021/jacs.5c00665

作者介绍

常进法，东北师范大学化学学院教授，博士生导师，国家级高层次青年人才。研究领域集中于电化学能源、材料、器件等。曾获中国电化学青年奖、吉林省自然科学一等奖等。目前担任Chin. J. Chem、eScience、Nano Research (Energy)、Green Carbon等期刊（青年）编委。已在包括Nat. Energy、Nat. Commun.、JACS、Angew、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.、Joule等期刊发表论文60余篇，引用超过4300次，H-Index为37。

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杨阳, 美国中佛罗里达大学副教授。研究兴趣涵盖能源材料的表面和界面工程、清洁能源的生成与存储，尤其专注于先进材料及其电化学应用，包括纳米/原子尺度功能材料的表面与界面工程及其在可再生能源、可持续发展、环境科学和柔性电子领域的应用。作为通讯作者先后在Chem. Rev., Nature Rev. Chem., Nature Energy，Nature Commun.，Proc. Natl. Acad. Sci. USA, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Joule, Chem, Energy Environ. Sci.等期刊发表论文150余篇，被引14000余次，H因子65。现任Battery Energy期刊副主编。

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