目前，只有少數(shù)貴金屬氧化物在質(zhì)子交換膜電解（PEMWE）過程中存在的酸性、高壓條件下作為析氧反應(yīng)（OER）催化劑表現(xiàn)出所需的效率和穩(wěn)定性，但它們的高成本和稀缺性阻礙了PEMWE的大規(guī)模應(yīng)用。

基于此，南方科技大學(xué)李輝教授等人報(bào)道了一種新型OER電催化劑，由硼碳氮（BCN）載體負(fù)載均勻分散的釕（Ru）團(tuán)簇組成，即BCN-xRu（x=0.3、0.5、0.7、1.0）。由于具有類似石墨烯的結(jié)構(gòu)，BCN-0.5Ru催化劑表現(xiàn)出比RuO2更高的導(dǎo)電性。在負(fù)載量為102 μg cm-2catalyst下，電流密度為10 mA cm-2geo時，過電位僅為164 mV，且在酸性O(shè)ER連續(xù)工作12 h時具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。

通過DFT計(jì)算，作者研究了BCN-0.5Ru的催化活性性質(zhì)及其OER機(jī)理。作者將hcp Ru簇限制在BCN支撐表面結(jié)構(gòu)上，RuO2(110)是RuO2納米晶體中OER最穩(wěn)定的低指數(shù)面之一，選擇其作為比較樣品。

一般認(rèn)為，OER過程中三種中間體的吸附能HO*、O*和HOO*對過電位有顯著影響。OER過程包括電荷-質(zhì)子轉(zhuǎn)移、化學(xué)鍵的裂解/形成以及表面氧中間體的吸附/解吸，如式(1-4)所示；每個質(zhì)子-電子轉(zhuǎn)移步驟(式1-4)的ΔG可表示為式(5-8)。

ΔG1-4中最大的ΔGmax可以被認(rèn)為是速率限制步驟。在BCN-0.5Ru和RuO2(110)表面吸附的氧中間體（*OH、*O、*OOH）的詳細(xì)優(yōu)化原子構(gòu)型，其中*O（*O + H2O → *OOH +H+ e-）生成的*OOH具有最大的自由能隙，因此作者推斷這是OER中的限速步驟。BCN-0.5Ru的ΔG(*O-*OOH)（1.59 eV）小于RuO2(110)（2.14 eV），表明BCN載體與Ru的相互作用降低了反應(yīng)能壘，從而顯著提高了反應(yīng)活性。

Low Ruthenium Content Confined on Boron Carbon Nitride as an Efficient and Stable Electrocatalyst for Acidic Oxygen Evolution Reaction. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202308704.