武汉纺大姚娜/王星团队: 开发高性能RuO₂催化剂的创新调控策略
- 2026-10-08 19:37:47
研究背景
研究内容
近日，武汉纺织大学 姚娜、王星 带领研究团队提出了一种创新的 Lewis 碱调控策略，通过将具有显著刘易斯碱性（Al、Ga 和 In）的元素引入 RuO₂ 晶格，形成刘易斯酸碱对，成功激活并稳定了 LOM 路径。
Figure 1.Lewis 碱调控 RuO₂ 晶格氧机制示意图。
该成果以“Lewis Base-Mediated Stabilization of the Lattice Oxygen Mechanism in RuO₂ for Robust Acidic Water Oxidation” (《Lewis 碱调控稳定 RuO₂ 晶格氧机制实现高效酸性析氧》) 为题，发表在英国皇家化学会期刊 Chemical Science#ChemSCi 上。
该工作证明将 p 族元素 (In) 作为路易斯碱摻剂引入 RuO₂，可以有效抑制 Ru 的过氧化，稳定氧空中间体，并动态调控界面水结构。这种独特的电子调制不仅减轻了质子攻击的负面影响，还加速了 *OH 的补充，从而协同提升了活性和耐久性。这将为高性能金属氧化物催化剂的战略开发开辟了新途径。具体来说：
1）获得的 In-RuO₂ 催化剂表现出卓越的 OER 性能，在 10 mA cm⁻² 电流密度下，过势达 194 mV。In-RuO₂ 催化剂卓越的内在结构也带来了 PEMWE 器件的良好性能，表现出 1.67 V 的最小电荷过压，可产生 1 A cm⁻²，并保持循环超过 1000 小时。
2）结合原位光谱分析和理论计算的综合机制研究表明，所含的 In 原子作为电子供体，抑制氢诱导的 Ru 过氧化，增强 Ru-O 共价，并稳定氧气空位。此外，In 掺杂能动态重建界面氢键网络，增加游离水分子，并确保在 LOM 循环期间晶格氧补充所需的持续 *OH 供应。
从基础科学和实际应用的角度来看，本研究提出了一种创新策略，将刘易斯碱元素 (In) 掺入 RuO₂ 催化剂中，以促进和稳定酸性 OER 过程中的 LOM 路径。
论文信息
Lewis Base-Mediated Stabilization of the Lattice Oxygen Mechanism in RuO₂ for Robust Acidic Water Oxidation Sheng Hu, Siyang Luo, Haoxin Du, Xiongfeng Zeng, Jiao Yang（武汉大学） Chem. Sci., 2026 https://doi.org/10.1039/D6SC01794K
作者简介
王星
本文第一作者，武汉纺织大学材料科学与工程学院副教授，副教授，主要研究方向为能源催化材料，开展绿氢制备等高效催化剂的原子级设计和制备研究。成果以一作/通讯作者连续发表在 Nat. Commun.、Energy Environ. Sci.、Adv. Funct. Mater., Nano-Micro Lett. 等学科顶级期刊，被多次正面引用。
姚娜
本文通讯作者，省部共建纺织新材料与先进加工技术全国重点实验室徐卫林院士团队（2022 年加入），副教授。入选湖北省高层次人才计划（楚天学者）、“武汉英才”优秀青年人才。长期专注于电化学能源材料与器件的基础研究与应用开发，相关 DFT 计算工作等。先后主持国家自然科学基金青年科学基金项目、湖北省自然科学基金面上项目等多项科研课题。以第一作者/通讯作者在 Nat. Commun.、Chem、Angew. Chem. Int. Ed.、Energy Environ. Sci.、Adv. Mater. Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、Chem. Sci., Adv. Sci.、ACS Catal. 等国际权威期刊发表 SCI 论文 30 余篇，多篇论文入选 ESI 高被引论文、热点论文及期刊封面论文。受邀担任 NML、Smart Molecules、Materials Lab 等期刊青年编委。
期刊简介
rsc.li/chemical-science
Chem. Sci.
| 7.5分 | |
| 7.9分 | |
| Q1 | |
| 12.6分 | |
| 33 |
Chemical Science 是涵盖化学科学各领域的跨学科综合性期刊，也是英国皇家化学会的旗舰期刊。所发表的论文不仅要在相应的领域内具有重大意义，而且还应能引起化学科学其它领域的读者的广泛兴趣。所发表的论文应包含重大进展、概念上的创新与进步或者是对领域发展的真知灼见。发文范围包括但不限于有机化学、无机化学、物理化学、材料科学、纳米科学、催化、化学生物学、分析化学、超分子化学、理论化学、计算化学、绿色化学、能源与环境化学等。作为一本钻石开放获取的期刊，读者可以免费获取所发表论文的全文，同时从该刊的论文版面费由英国皇家化学会承担，论文作者无需付费。
Editor-in-Chief
Andrew Cooper🇬🇧 利物浦大学
Associate editors
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