南方科技大学化学系吴振禹团队ACS Catal. 单原子锚定亚纳米团簇：解锁下一代高效、低成本电解水制氢技术

本文报道了一种由南方科技大学吴振禹团队提出的通用催化剂设计策略，旨在解决碱性析氢反应（HER）中动力学缓慢和催化剂稳定性不足的问题。研究背景在于阴离子交换膜水电解（AEMWE）技术虽具潜力，但受限于传统催化剂在碱性环境下的性能瓶颈。研究目的是通过利用Co-N-C单原子催化剂作为锚定和电子调控载体，稳定亚纳米贵金属簇（如Ru），以提升其HER性能与稳定性。结论表明，所制备的Ru@Co-N-C催化剂在碱性条件下实现了15 mV@10 mA cm-2的超低过电位、6.36 A mgRu-1的高质量活性及超过360小时的稳定性，并在AEMWE中于1.78 V下达到1 A cm-2的工业级电流密度并稳定运行150小时以上。通过原位表征与理论计算，揭示了Co-N-C载体通过形成Ru-Co和Ru-N键稳定Ru簇并调控其电子结构，协同促进水分子解离和OH*脱附的机制。该策略可扩展至Ir、Pt、Pd等其他贵金属体系，为设计高性能电解水催化剂提供了新范式。