近日，我校環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院閔宇霖教授、朱晟副教授聯(lián)合中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)高敏銳教授，在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（Journal of the American Chemical Society，JACS）上發(fā)表了題為“Fluorine Mediates the Deprotonation Pathway over Ruthenium Oxide for Stable Water Electrolysis”的研究論文。論文第一作者為我校環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院2025屆碩士研究生馬杰，朱晟副教授和閔宇霖教授為論文通訊作者。這是我校首次以第一署名單位在JACS上發(fā)表論文，標(biāo)志著我校在綠電制氫領(lǐng)域的研究已躋身國(guó)際前沿。

本工作針對(duì)質(zhì)子交換膜電解水制氫陽(yáng)極析氧反應(yīng)（OER）中傳統(tǒng)銥基催化劑成本高、效率低的“卡脖子”難題，創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種氟調(diào)制氧化釕催化劑。通過(guò)在催化劑中同時(shí)引入末端氟位點(diǎn)和橋接氟位點(diǎn)，巧妙地觸發(fā)了一種全新的“氟輔助去質(zhì)子化”機(jī)制。該機(jī)制成功將OER中的質(zhì)子轉(zhuǎn)移過(guò)程與電子轉(zhuǎn)移過(guò)程解耦：末端氟位點(diǎn)充當(dāng)“質(zhì)子中繼站”，顯著加速各反應(yīng)中間體的去質(zhì)子化步驟，從而提升反應(yīng)活性；橋接氟位點(diǎn)則有效抑制晶格氧參與反應(yīng)，從而大幅增強(qiáng)穩(wěn)定性。

得益于這一獨(dú)創(chuàng)設(shè)計(jì)，所制備的催化劑表現(xiàn)出卓越的綜合性能：達(dá)到10 mA cm-2的電流密度僅需191 mV過(guò)電位，并穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)2000小時(shí)。該催化劑組裝的實(shí)際電解槽在低至1.72 V的電壓下即可獲得1000 mA cm-2的高電流密度，并穩(wěn)定運(yùn)行300小時(shí)以上，電壓衰減速率僅為每小時(shí)84μV。

該研究為設(shè)計(jì)下一代高性能、低成本、長(zhǎng)壽命的電解水制氫催化劑提供了新范式，對(duì)推動(dòng)綠氫技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重要科學(xué)意義與應(yīng)用價(jià)值。

JACS是美國(guó)化學(xué)會(huì)（ACS）的旗艦期刊，創(chuàng)刊于1879年，是國(guó)際化學(xué)領(lǐng)域最具權(quán)威性和引領(lǐng)性的學(xué)術(shù)期刊之一，致力于出版化學(xué)各分支學(xué)科及其交叉領(lǐng)域的前沿性、原創(chuàng)性重大研究成果，以其極高的審稿標(biāo)準(zhǔn)和影響力成為全球公認(rèn)的學(xué)術(shù)標(biāo)桿，受到廣泛認(rèn)可。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.6c00523

環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 供稿