精确地调节RuO_x中的Ru-O共价性以提高质子交换膜水电解的稳定性具有重要意义。然而，掺杂或合金化了RuO_x的具有d价电子的过渡金属本身就容易受到配位环境的影响，这使得精确和连续地调节Ru-O共价键变得困难。

近日，北京大学郭少军教授报道了镧系元素（Ln）的 4f 轨道在 5s/p 之下，可以最大限度地减少外界影响，从而能够精确、连续地调节 Ru-O 共价，实现持久的 OER 电催化。

文章要点

1）研究人员对 Ln-RuO_x 体系进行了密度泛函理论 (DFT) 计算，结果表明，所得的 4d-2p-4f 杂化会诱导连续变化的 Ru-O 共价性，从而决定 OER 性能。由于具有最佳的Ru-O共价性，Er-RuO_x显示出最大的晶格氧和Ru空位形成能。

2）原位表征证实了 Er 掺杂剂在稳定 Ru-O 结构以提高 OER 耐久性方面发挥的关键作用。此外，Er-RuO_x 的 d_z2 态能级（-0.855 eV）相对于基准 RuO₂（-2.171 eV）上移，导致反键态中的电子占有率降低，*OH 吸附增强，这已通过甲醇分子探针实验得到验证，从而显著提高了 Er-RuO_x 的催化活性。

这项工作验证了一种新颖的 Ln 调节方法，可以精确、连续地调节 Ru-O 共价键，有助于在氢经济情景下更经济地实现 PEMWE。

参考文献

Li, L., Zhang, G., Zhou, C. et al. Lanthanide-regulating Ru-O covalency optimizes acidic oxygen evolution electrocatalysis. Nat Commun 15, 4974 (2024).

DOI：10.1038/s41467-024-49281-2

https://doi.org/10.1038/s41467-024-49281-2