近日，《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）发表了骰宝 陈胜利教授、李朋副研究员团队的最新研究成果。该研究以RuO₂电极为模型体系，在原子尺度上对酸性氧析出（OER）电催化的表、界面化学及其长久以来的高过电位难题开展了系统性解析。论文题为“Potential-Dependent Oxygenated Surface Phases and Interfacial Water Layers Underlie the High Overpotential and Mechanistic Switching of Oxygen Evolution on RuO₂”。博士研究生邱沛萌为论文第一作者，李朋副研究员和陈胜利教授为共同通讯作者。

质子交换膜水电解（PEMWE）因其高电流密度、高气体纯度及快速响应等优势，被视为高效绿色制氢的重要技术路线，高度契合国家“十五五”时期氢能产业与未来能源技术的战略布局。然而，其整体效率与稳定性长期受限于阳极OER的缓慢动力学与高电位下的失活问题。即使是当前代表性的RuO₂催化剂，OER起始过电位仍超过200 mV，而反应所需的高阳极电位又会进一步加速催化剂溶解失活。这种活性和稳定性之间的内在权衡使得设计能够在较低工作电位下提供高OER活性的催化剂极其重要。因此，对复杂的OER机制和高过电位的根源进行全面而准确的理解非常必要。这对于推进电催化基础科学也具有重要意义。

该团队结合AIMD模拟和增强自由能采样方法，在保持“电极电势-表面吸附相-界面双电层结构”自洽、且接近真实电化学体系的条件下，系统探究了OER相关的1.23 V至1.80 V电位范围内RuO₂(110)表面上电势依赖的稳定氧化表面相、界面水和氢键网络环境、反应路径以及基元步骤的热力学和动力学。结果表明，RuO₂上高OER起始过电位主要是由两个因素共同导致的：一是在OER电势条件下，氧化物电极表面由于其异常高的零电荷电势（PZC）而呈现显著的负电荷特性；二是低反应电位（<1.60 V）下，配位不饱和Ru位点上表面活性*O物种存在过度质子化。这一方面使得表面活性*O物种密度降低，从而抑制氧化物路径机制（OPM）的速率决定步，即遵循Langmuir-Hinshelwood机制的表面*O-*O偶联。另一方面，其会诱导形成致密且强氢键作用的界面水层，其与静电斥力共同作用阻碍了吸附物演化机制（AEM）的速率决定步，即类似Eley-Rideal机制的界面水分子重定向并与表面活性*O成键。这些发现为理解复杂OER体系提供了新的见解，也可为突破OER活性—稳定性权衡提供思路与基础指导。

该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、国家电网有限公司总部科技项目，以及骰宝 超算中心和武汉超算中心的支持。

论文信息：

论文链接：//onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202521856

陈胜利/李朋团队链接：//slchen.saibaobet.com/