近日，水利水电学院能源与动力工程专业2022级本科生孙一凇负责的科研项目团队在酸性电催化水分解领域取得了新进展，相关成果发表在自然指数期刊《Chemical Communications》（N1级）上，论文题为《Breaking the activity-stability trade-off of RuO2 via a MnCo2O4 electron buffer and heterointerface engineering for acidic oxygen evolution》（通过MnCo2O4电子缓冲层和异质界面工程打破RuO2在酸性析氧反应中的活性-稳定性权衡）。四川农业大学为该论文的唯一完成单位，水利水电学院青年教师闫明磊博士为该论文的第一作者，能源与动力工程专业2022级本科生孙一凇为论文的共同第一作者，曹迎教授和赵洋副教授为该论文的共同通讯作者。另外，理学院的鲁志伟副教授为该论文的发表提供了帮助。该研究得到了国家自然科学基金和四川省大学生创新训练计划项目的支持。
当前，全球能源结构正加速向清洁低碳转型，氢能因其零碳排放、高能量密度等优势，被视为替代化石能源的重要选择。质子交换膜水电解槽作为规模化绿氢制备的核心装备，其阳极的酸性析氧反应过程存在电子转移动力学缓慢、过电位高、能耗大等问题，严重制约整体能效。在现有催化剂体系中，钌（Ru）基材料成本低于铱（Ir）基催化剂且本征活性优异，被认为是最具潜力的候选材料。然而，RuO2在酸性环境中易过度氧化为可溶性的RuO4，导致稳定性严重不足，成为制约该技术发展的“卡脖子”难题。
针对这一挑战，研究团队设计了一种MnCo2O4/RuO2异质结构。该催化剂通过巧妙的“电子缓冲”机制和“异质界面工程”的协同作用，成功打破Ru基催化剂的活性-稳定性权衡困境。实验结果和理论计算表明，具有多价特性的MnCo2O4作为电子缓冲层，可动态调控反应过程中的电子转移，有效抑制Ru的过度氧化，从而极大地提升了催化剂的稳定性。同时，异质界面诱导的电子重排与形成的丰富氧空位，共同增强了材料的本征催化活性，从而实现了“高活性”和“高稳定性”的同步兼顾。该项研究为开发高性能、低成本的酸性析氧催化剂提供了全新的设计思路，对绿色氢能产业发展具有重要意义。
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论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/cc/d5cc04954g/unauth
