英文原题：Breaking the Activity-Stability Trade-off in Acidic OER via Mechanism Switching on Mo-Doped RuO2
作者：Jing Gao, Yuqi Jiang, Siyi Wang, Bo Han, Mingrui Guo*, Shuxing Bai*
研究背景：
传统化石燃料的过度开发和使用，导致全球能源危机与环境污染问题日益加剧，开发清洁、可持续的能源系统刻不容缓。氢气（H₂）因其能量密度高、燃烧产物零污染，被认为是极具潜力的下一代能源载体。在多种制氢技术中，利用可再生电力驱动的水（H₂O）电解是一种生产清洁氢燃料的理想途径。然而，目前大多数的析氧反应电催化剂在碱性水电解中表现优异的性能，但在质子交换膜水电解的强酸、高氧化性环境中容易发生严重溶解，稳定性大幅下降。因此，开发兼具高活性与高稳定性的酸性OER催化剂，仍是一项重大挑战。
文章亮点：
近日，青岛大学白树行教授团队在Precision Chemistry上发表研究，通过钼掺杂RuO2实现了酸性OER中活性与稳定性之间的权衡突破。该研究将钼（Mo）引入RuO2晶格，利用Mo的多种氧化态共存有效稳定了晶体结构，并通过电子调控抑制了Ru的氧化和溶解。同时，引入的Mo–O物种促进了反应动力学中的质子耦合电子转移过程。Mo的多氧化态与其亲氧特性之间的协同作用，显著提升了钌基催化剂在酸性OER中的综合性能。
图1. 合成图以及结构表征。Ru1Mo1-O/C的（a）合成示意图，（b）XRD，（c）TEM，（d）HRTEM，（e）HAADF-STEM和相应的EDS。
图2. 氧化还原性能和表面分析。（a）Ru1Mo1/C的热重分析和差示扫描量热法。Ru1Mo1-O/C、Ru-O/C的（b）H2-TPR曲线，（c）Ru3p XPS。（d）Ru1Mo1-O/C的Mo3d XPS。
图3. 酸性OER活性。Ru1Mo1-O/C、Ru-O/C、Mo-O/C和商业RuO2在0.5 M H2SO4中（a）LSV，（b）Tafel斜率。（c）Ru1Mo1-O/C和已报道的催化剂在0.5 M H2SO4中的𝜂10和Tafel斜率比较。（d）Ru1Mo1-O/C在0.5 M H2SO4/H2O和H2SO4/D2O中的LSV，（e）Tafel斜率-电流密度曲线的对数。（f）Ru-O/C在在0.5 M H2SO4/H2O和H2SO4/D2O中的LSV。（g）Ru1Mo1-O/C、Ru-O/C在H2SO4/D2O中的Tafel斜率。(h) 0.5 M H2SO4中H/D同位素取代前后Ru1Mo1-O/C和Ru-O/C的Tafel斜率比较。
图4. 酸性OER稳定性。（a）Ru1Mo1-O/C、Ru-O/C 的稳定性。（b）Ru1Mo1-O/C、Ru-O/C、Mo-O/C和商业RuO2在0.5 M H2SO4的主要性能指标。（c） Ru1Mo1-O/C、Ru-O/C的失活速率比较。（d）反应后Ru1Mo1-O/C的XRD。反应前后Ru1Mo1-O/C的（e）Ru3p XPS，（f）Mo3d XPS。0.01 M（TMA）2SO4前后Ru1Mo1-O/C、Ru-O/C 的（g）LSV,（h）Tafel斜率。
总结展望：
在这项工作中，我们研究了一种通过Mo掺杂抑制Ru过氧化的高效催化剂。Mo的引入使RuO2在酸性OER中的反应机制从涉及晶格氧并导致结构破坏的LOM机制，转变为不涉及晶格氧损失的OPM机制，这一转变有效抑制了Ru的过度氧化，同时保持了高催化活性，显著提升了催化剂的结构稳定性和整体性能。优化后的Ru1Mo1-O/C催化剂在10 mA·cm-2的电流密度下过电位仅为167 mV，Tafel斜率为57.7 mV·dec-1，在0.5 M H2SO4溶液中可稳定运行超过255小时。这种高性能与低成本兼顾的特点，使得钌基催化剂——尤其是我们提出的高性能Ru1Mo1-O/C——成为一种极具前景且经济可行的替代品，有望在未来大规模、低成本酸性电解水中取代传统的铱基催化剂。
Cite this: Gao, J.; Jiang, Y.; Wang, S.; Han, B.; Guo, M.; Bai, S. Breaking the Activity-Stability Trade-off in Acidic OER via Mechanism Switching on Mo-Doped RuO2.Precision Chemistry 2026. https://doi.org/10.1021/prechem.5c00276.