近日，北京化工大学材料科学与工程学院王峰教授、张正平教授团队在Advanced Materials上发表了题为“Rare-earth Oxychlorides as Promoters of Ruthenium towards High-Performance Hydrogen Evolution Electrocatalysts for Alkaline Electrolyzers”的研究论文，该论文首次报道了稀土氯氧化物在电催化析氢领域的应用价值，其可作为电子状态调节剂显著提升活性位点的本征催化活性。
开发应用于碱性介质的高效析氢电催化剂对于传统碱性水电解槽和新兴的阴离子交换膜水电解槽均具有重要价值。碱性条件下的析氢动力学速率被反应过程中的水分解及分解后的羟基转移步骤所限制，尽管可采用具有优异水解离能力的钌(Ru)作为催化活性组分，其析氢性能也因对羟基的强吸附作用而难以满足要求。
为解决上述问题，作者们关注到稀土氯氧化物（REOCl，RE=Pr, Nd, Sm）是一类由[RE2O2]层和弱结合[Cl]层构成的层状化合物，这种独特的层状结构容易诱导产生内建电场，从而具有促进电荷分离和转移的天生优势，表现出用于电子状态调节的潜力。根据稀土氯氧化物的材料特性，作者们构建了存在丰富界面结构的Ru/REOCl杂化体系，以Ru/NdOCl为例，亚4 nm的钌纳米粒子被嵌入到NdOCl片层的边缘，形成高度耦合的Ru-Cl/O-Nd界面，研究表明，NdOCl中[Nd2O2]和[Cl]层分别作为正负电荷转移通道，富空位的NdOCl相提供了“电子源”，且由于两者之间能带匹配在界面处形成了高导的电子转移通道，使得钌表面富集电子，进而优化了对羟基的吸附作用，结果表明，这种新型的Ru/REOCl异质材料无论是在三电极体系测试中，还是作为阴极催化剂在新兴的阴离子交换膜电解槽中均表现出优异的性能。这一工作将促进稀土氯氧化物以及相关新型助催化剂在电催化和其他新兴技术中的更多应用。
北京化工大学材料科学与工程学院刘彤彤博士为论文第一作者，王峰教授、张正平教授为本论文的共同通讯作者，北京化工大学为第一完成单位。本研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务经费等多个项目的资助。
文章信息：Tongtong Liu, Yanan Chen, Xinyu Wang, Yajing Di, Klaus Müllen*, Zhengping Zhang*, Feng Wang*, Rare-Earth Oxychlorides as Promoters of Ruthenium Toward High-Performance Hydrogen Evolution Electrocatalysts for Alkaline Electrolyzers, Adv. Mater. 2025, 202417621.
论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202417621
