制氢技术：La掺杂实现高电流PEM电解水
质子交换膜水电解（PEMWE）是高效制氢的重要技术，而阳极氧析反应（OER）在酸性条件下仍面临活性与稳定性难以兼得的问题。尽管RuO₂拥有出色的OER性能，但在高电压下易氧化成RuO₄而快速溶解，极大限制了其在工业电解中的应用。
成果简介
本研究发展了一种La掺杂RuO₂纳米棒自支撑电极（La-RuO₂@TM），在酸性电解质和高电流密度下展现出卓越的OER性能与超长稳定性。该催化剂在1 A cm⁻²下稳定运行超120小时，在PEM电解槽中实现了1.815 V的低电压。理论计算表明，La-O-Ru局域结构可有效调控中间体吸附能、抑制Ru溶解及氧流失，为高稳定性的酸性OER催化剂设计提供了重要思路。
研究亮点
通过La掺杂构建La-O-Ru结构，优化电子结构并增强催化稳定性
在酸性电解质中实现低过电位（100 mA cm⁻²时仅1.533 V）与长达450小时的运行稳定性
PEM器件中达到1 A cm⁻²的工业电流密度下稳定运行120小时
DFT揭示La调控d带中心位置，降低OOH中间体的形成能垒，提升OER活性
配图精析
图1：OER机制与La调控电子结构示意图
展示传统AEM与LOM机制差异，并指出La对Ru-O共价调控路径。
图2：La-RuO₂@TM结构与形貌表征
通过TEM、STEM、应变映射和EDS分析证实La成功掺杂并引入应变与氧空位。
图3：La-RuO₂@TM的OER电催化性能
表现出低过电位、高质量活性与优异的450小时稳定性，优于多数已报道催化剂。
图4：电子结构调控与反应路径分析
XPS与原位拉曼揭示La引入改变Ru氧化态、促进LOM路径；接触角测试表明其优异润湿性有助于气体释放。
图5：DFT计算揭示催化机理
La掺杂后RuO₂具有更低的*OOH形成能垒，并调控界面间的氢键与范德华作用，提升中间体吸附性能。
图6：PEM电解槽性能测试
在60°C下，La-RuO₂@TM作为阳极在1 A cm⁻²下稳定运行超120小时，远优于商业IrO₂。
展望
通过La掺杂精准调控局部结构与电子态，本工作显著提升了RuO₂在酸性OER中的稳定性与活性。特别是在PEM电解装置中的优异表现，展现出其在工业化清洁氢能生产中的巨大潜力，也为非Ir基OER催化剂的理性设计提供了重要启示。
文献信息
文章题目：Unlocking Enhanced Catalysis Stability in Acidic Oxygen Evolution: Structural Insights for PEM Applications under High‐Current Density
期刊：Angewandte Chemie International Edition
DOI：10.1002/anie.202425569
原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202425569
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