近来，合肥微标准物质科学国家研讨中心的周仕明研讨小组与南开大学胡振芃课题组协作，在氢动力研讨范畴获得了重要发展，他们经过构筑复合钌基氧化物开宣布酸性条件下高效安稳的电解水催化剂，相关效果以“Quadruple perovskite ruthenate as a highly efficient catalyst for acidic water oxidation”为题宣布在《天然•通讯》上。

  氢动力是当时最具使用远景的高效清洁新动力技能。比较传统的甲烷水蒸气重整制氢工艺，电化学分化水特别是与高效质子交流膜匹配的酸性条件下分化水进程，具有工艺简略、产品纯度高、无碳排放等显着优势，有望成为下一代清洁制氢办法。电解水触及析氢和析氧两个半反响，其间具有缓慢动力学进程的析氧反响极大限制了电解水的功率，火急地需求开宣布相应的高效析氧催化剂。可是，大部分具有析氧催化活性的过渡金属及其氧化物在酸性条件下都会存在氧化溶解的问题。当时，贵金属氧化物二氧化钌和二氧化铱被认为是仅有的相对高效的商业酸性析氧催化剂，可是它们都还存在很显着的缺陷。其间二氧化钌尽管具有比较来说较高的催化活性但在酸性条件下仍然简略被氧化溶解，而二氧化铱尽管相对来说比较安稳但催化活性活性较低且价格极端贵重。因而，开发在酸性条件下具有低贵金属含量、高催化活性和高安稳性的析氧催化剂是电解水范畴面对的中心应战。

  周仕明研讨小组根据长期在杂乱过渡金属氧化物结构与物性探究的基础上，立异性的规划并开宣布具有低钌含量、高催化活性和高安稳性的复合钌基氧化物酸性析氧催化剂。该复合钌基氧化物具有CaCu3Ru4O12的化学式，在传统的固相烧结组成条件下，该化合物形成了安稳的杂乱四钙钛矿晶体结构，如图1所示。比较简略的二氧化钌，该复合氧化物在单位质量下钌含量降低了21%。酸性条件下的电化学测验标明，该复合钌基氧化物在催化析氧到达10 mA.cm-2的电流密度下仅需求171 mV的过电位，是到现在相关范畴报导的最低值。而且，在24小时的长期测验下，该催化剂的活性无显着的下降。比较于商业二氧化钌催化剂，该复合钌基催化剂的质量活性提高了超越两个数量级，安稳性提高了超越一个数量级。南开大学的胡振芃课题组进一步为该作业供给了理论支撑。经过榜首性原理核算，他们提醒了该四钙钛矿结构中的析氧活性位点为钌金属离子。而且，比较于具有锐钛矿结构的二氧化钌，该四钙钛矿结构中钌金属离子有着十分显着低的4d能带中心。在该电子结构特征下，催化位点钌金属离子与氧中间体的键合强度得到了优化，然后显着提高了其本征催化活性。该项研讨不只开发了一种高效酸性析氧催化剂，也为相关范畴的进一步打破供给了新的思路。

  图1. 复合钌基氧化物CaCu3Ru4O12电解水示意图（左）及其析氧活性（右）

  合肥微标准物质科学国家研讨中心苗宪兵博士与南开大学张丽芙博士为该篇论文的一起榜首作者。该研讨作业得到了基金委、教育部等项目的支撑。