近日，研究院高效电化学储能技术团队在酸性析氧反应（OER）的催化剂研制方面取得重要研究进展。团队通过在RuO2表面锚定MoOx团簇构筑RuO2/MoOx复合催化剂，实现了氧空位的实时修复，为高效、耐用的酸性OER催化剂设计开辟了新路径。相关成果以《Hydroxyl spillover-driven dynamic refilling of oxygen vacancy in RuO2 via MoOx cluster for stable acid oxygen evolution reaction》为题，发表于中科院一区期刊《SCIENCE CHINA Chemistry》。
研究背景
随着化石燃料的日益枯竭，氢能作为一种清洁、高能量密度的能源载体备受关注。其中质子交换膜（PEM）电解水制氢因其响应快、电流密度高而成为理想技术。然而其阳极的析氧反应（OER）动力学缓慢制约整体效率。RuO2因成本低、活性高被视为有潜力的OER催化剂，但其在酸性条件下易发生晶格氧机制（LOM）反应，导致氧空位不断积累，Ru被过度氧化为可溶性高价Ru物种，导致结构崩塌、性能衰减。如何抑制氧空位的破坏性累积，成为提升Ru基催化剂稳定性的关键。
成果介绍
图1 催化剂设计策略与结构表征
研究团队通过空间耦合设计，将MoOx团簇锚定在RuO2表面构建了RuO2/MoOx复合催化剂。在OER过程中，MoOx团簇优先吸附并活化羟基中间体，随后溢流至RuO2表面的氧空位处，实现动态填补，从而抑制RuO2的结构坍塌。
图2 酸性OER电催化性能
RuO2/MoOx催化剂在三电极体系中（0.5M H2SO4）展现出优异的OER活性，在10mA・cm−2电流密度下实现195mV的超低过电位，显著低于自制RuO2（282 mV）和商用RuO2（298 mV）；Tafel斜率低至46.2 mV・dec-1加速电子转移过程，促进氧析出反应动力学；并在恒流测试稳定超1350小时。在PEM电解槽以200mA・cm−2稳定运行200h，具备工业化应用潜力。
图3 DFT理论计算
密度泛函理论（DFT）计算揭示MoOx团簇不仅为RuO2催化剂提供羟基源填补氧空位，还显著降低了OER的能垒，同时稳定了催化剂结构。
哈尔滨工业大学为论文第一完成单位，哈工大苏州研究院为共同完成单位。哈工大化工与化学学院博士研究生闫宇奇为论文第一作者，研究院高效电化学储能技术团队吴方敏为共同作者，杜春雨教授、韩国康副研究员为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金等项目资助。
高效电化学储能技术团队聚焦高性能电池关键材料、电解质与界面调控、电芯设计与开发、电化学仿真技术、可再生能源制氢、燃料电池发电、储能与电力变换技术、储能系统并网等方向，常年诚招硕博研究生及博士后研究人员。
论文链接：https://doi.org/10.1007/s11426-025-3209-4
