近日，我校能源质料化学研究院赵东元院士/兰坤教授团队与中国科学院上海高等研究院祖连海研究员，在期刊Nature Communications上发表题为“Mesoporous Ruthenium Titanium Oxide Solid Solution with Efficient Three Phase Reaction Interface for Water Electrolysis”的研究论文。
质子交流膜水电解（PEMWE）因产氢纯度高、响应快、系统紧凑，被认为是面向可再生能源颠簸供电的要害绿氢技术之一。但其阳极析氧反映（OER）动力学缓慢，带来显著能量损失，因此需要同时具备高活性与强耐久性的酸性OER催化剂。目前Ir基质料仍是主流，但资源稀缺与成本问题限制规模化应用；RuO2作为可替代体系虽具较高本征活性，但在工业PEMWE常见的高电流密度（>1 A cm-2）下，电池电压升高会加速Ru过氧化形成可溶高价物种（如RuO52-），进而引发溶解、相结构坍塌与活性面积损失。更重要的是，许多稳定化战略（掺杂/缺陷/异质结构等）往往忽略了在“水供应+高电流”工况下极其要害的催化剂-电解质-气体三相界面（TPI）：如果润湿、传质与气泡脱附不充实，会造成界面淹没、浓差极化与传质限制，进一步加速Ru基催化剂衰减。
为此，本事情围绕“酸性高电流密度下Ru基阳极易衰减”这一瓶颈，从介孔Ru-Ti氧化物固溶体的跨尺度结构设计出发，将原子级Ru-O-Ti电子耦合（抑制太过氧化与倒霉反映路径）与介观三相反映界面（增强润湿、供水与析氧排气、降低传质极化）的工程化思路有机结合；并通过原位谱学/同位素追踪与理论盘算给出机理闭环，最终在PEM电解槽中验证其在1 A cm??等工况下的稳定运行潜力，为“低Ir/无Ir”酸性阳极提供了可借鉴的质料—界面—器件协同范式。面向应用，后续可重点推进介孔固溶体规模化制备与批次一致性控制、与离聚物/多孔传输层匹配的电极结构与涂覆工艺优化、颠簸电源下启停与动态负载的耐久评估、以及堆级集成、接纳再利用与生命周期/整天职析的系统研究，以进一步降低贵金属用量并提升恒久可靠性，推动PEMWE 朝更高效率、更低成本与更可连续的绿氢制备路径演进。
图1 三相界面结构分析
图2 原位及模拟辅助电化学机制探究
该事情获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金、PA真人自然科学基金、PA真人青年拔尖人才、PA真人视讯 · 电子游艺 · 打鱼游戏平台 - 官方入口骏马计划的鼎力大举支持；获得了上海同步辐射光源BL17B1线站及上海国家卵白质科学中心BL01B线站（https://cstr.cn/31129.02.NFPS）的事情人员在表征测试及数据分析方面提供的技术支持。张俊烨、岳楷航及我校赵雨琪博士为配合第一作者，赵东元、兰坤、祖连海为配合通讯作者，PA真人视讯 · 电子游艺 · 打鱼游戏平台 - 官方入口为第一完成单元。
文章链接：http://doi.org.10.1038/s41467-026-70502-3
（供稿：科学技术处 编辑：武涛 审核：李文娟 终审：阿茹娜）
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