质子交换膜水电解（PEMWE）技术凭借其高可达电流密度、快速的系统响应和高氢气纯度，是实现绿氢生产最有前景的技术之一。然而，其对于贵金属Ir、Pt的依赖严重抑制了其大规模应用，同时其阳极催化剂在大电流密度、强酸性环境下常常发生活性组分的溶解和脱落问题，导致电解槽的最终失效。

近日，复旦大学的张波教授利用不同金属原子迁移率不同及晶格不匹配的特点，设计报道了一种三元异质结构催化剂RuIrO_x-CeO₂，其活性组分（RuIrO_x）与非活性组分（CeO₂）间存在电子与氧的双重相互作用，有效抑制了活性组分的分离。

通过透射电子显微镜、电子能量损失谱等发现在活性组分（RuIrO_x）与非活性组分（CeO₂）间存在相互作用。通过X射线光电子能谱和X射线吸收谱证明了两相间存在的电子转移现象。利用CeO₂固有的氧化还原特性，可以一方面促进高活性的高价Ru/Ir的生成，另一方面抑制活性组分进一步的过度氧化，从而提高其稳定性。

通过原位X射线吸收谱及电子能量损失谱，证明了在氧化电流下，氧原子由CeO₂相迁移至RuIrO_x相中的现象，有效弥补了活性组分由于晶格氧演化机理流失的晶格氧。

最终，该异质结构催化剂在PEMWE中表现出优异的活性与稳定性。在3 A cm^-2的电流密度下仅有1.75 V的槽电压，明显优于未加入CeO₂相的催化剂与商业IrO₂，同时该催化剂还表现出了优异的稳定性，可以在5 A cm^-2的高电流密度下稳定工作超过2000 h。2-8 A cm^-2电压范围内的加速老化试验同样证明了催化剂的高稳定性。该工作为构建高性能的质子交换膜水电解阳极催化剂提供了一种新的思路。

Enhancing Heterointerface Coupling for Durable Industrial-Level Proton Exchange Membrane Water Electrolysis

Kai Sun, Wei Mao, Lujie Jin, Wenjuan Shi, Wenzhe Niu, Chenyang Wei, Yixiang He, Qisheng Yan, Ruijie Wang, Youyong Li Bo Zhang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202405243