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通过水分解制取绿色氢能是一种极具前景的清洁能源技术，但其发展依赖于高效稳定的析氢反应（HER）电催化剂的开发。

本文德国马克斯·普朗克化学物理研究所胡志伟、中国科学院上海应用物理研究所王建强和张林娟等人报道了一种新型电催化剂Ca₂CoRuO₆（CCRO），其在1 A cm⁻²的高电流密度下实现了创纪录的低过电位（62 mV）和最小的塔菲尔斜率（10 mV dec⁻¹），并能在质子交换膜电解槽中稳定运行超过1500小时。通过原位X射线吸收光谱、拉曼光谱和X射线衍射光谱分析，发现CCRO在HER过程中经历了两步原位转变：首先，原始CCRO中的Ru⁵⁺/Co³⁺在反应初期快速还原为Ru³⁺/Co²⁺；随后，催化剂缓慢自组装形成Co掺杂的Ru金属纳米簇（Co-Ru）并负载于CCRO基底上（Co-Ru/CCRO）。第一性原理计算表明，Co-Ru簇内的协同效应以及氢从金属簇向Co-Ru/CCRO界面的溢出效应共同促进了其优异的析氢性能。

本研究不仅展示了一种具有创纪录HER活性的新型催化剂，还揭示了催化剂在反应过程中不寻常的原位重构过程。

研究亮点

  1. 创纪录的HER性能：CCRO催化剂在1 A cm⁻²的高电流密度下仅需62 mV的过电位，塔菲尔斜率低至10 mV dec⁻¹，远超商业Pt/C催化剂（过电位>400 mV，塔菲尔斜率29 mV dec⁻¹），并能在质子交换膜电解槽中稳定运行超过1500小时。

  2. 独特的原位重构机制：通过多尺度表征技术揭示了CCRO在HER过程中的两步重构：先快速还原为Ru³⁺/Co²⁺，后自组装形成Co-Ru金属纳米簇/钙钛矿复合结构（Co-Ru/CCRO），这一过程是高效活性的关键。

  3. 协同效应与氢溢出机制：理论计算表明，Co-Ru簇内电子协同优化了氢吸附自由能（ΔG*H≈0），同时氢从金属簇向钙钛矿界面的溢出加速了质子传递，两者共同驱动了超高效HER活性。

Self-Assembled Metal Cluster/Perovskite Catalyst for Efficient Acidic Hydrogen Production with an Ultra-Low Overpotential of 62 mV and over 1500 Hours of Stability at 1 A cm−2

Y. Fan, J. Zhao, J. Zhou, W. Huang, J. Zhu, C. Kuo, S. Zhang, C. Pao, T. Chan, Y. Zhang, S. Y. Hsu, J. Chen, C. Chen, C. Jin, L. H. Tjeng, J. Wang, Z. Hu and L. Zhang, Energy Environ. Sci., 2025, Accepted Manuscript , DOI: 10.1039/D5EE01422K

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/ee/d5ee01422k

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