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研究概述

在酸性条件下，开发高效且稳定的析氧反应（OER）电催化剂对于推进质子交换膜水电解器（PEMWE）商业化至关重要。

2025年5月24日，武汉纺织大学姚娜、包海峰在国际期刊Nature Communications上发表了题为《Orbital-level band gap engineering of RuO2for enhanced acidic water oxidation》的研究论文。

在本文中，作者通过在RuO2中掺杂p轨道原子（N、P、S、Se）来开发一种代表性的策略，以精确调节晶格氧介导的机制-氧空位点机制路径。原位和非原位测量以及密度泛函理论（DFT）计算表明，Se掺杂在析氧反应中动态地调整了Ru-eg和O-p轨道之间的带隙。

这种调制加速了电子向外部电路的扩散，促进了晶格氧介导的过程，并增强了催化活性。此外，它还促进了电子反馈并稳定了氧空位，从而促进了氧空位位点机制过程并增强了催化稳定性。

所得到的Se-RuOx催化剂在工业条件下实现了高效的质子交换膜水电解器性能，以1.67 V的最小充电过电位实现了1 A/cm2的电流密度，并可保持超过1000 h的长期循环稳定性。

本工作为指导未来高性能金属氧化物催化剂的发展提供了一种独特的方法。

图文解读

图1：形貌表征。

图2：电子结构表征。

图3：OER性能测试。

文献信息

Wang, X., Pi, W., Li, Z. et al. Orbital-level band gap engineering of RuO2for enhanced acidic water oxidation. Nat. Commun., (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-60083-y.

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