碱性膜燃料电池（AEMFCS）因其成本低、理论能量密度高而受到越来越多的关注。 然而，在碱性介质中，阳极上的氢氧化反应（HOR）动力学较慢（比酸性介质低两个数量级），这限制了AEMFCS的进一步大规模商业应用。 虽然铂基电催化剂通常对碱性HOR表现出较高的活性，但PT的成本较高，不适合在AEMFCS中大规模使用。 因此，寻找高性价比且稳定的无PT碱性HOR电催化剂有利于AEMFCS的进一步发展。
基于此，孙文平，浙江大学跟潘洪革设计合成了由Ru和RuO2组成的RuO2面内异质结，具有独特的Ru（100）RuO2（200）界面，能够快速、持久地电催化碱性HOR。
电化学性能测试结果表明，最佳RU RuO2-180在整个电位范围内具有最高的电流密度，表明其电催化性能最高。 在 0在1 V时，RU RUO2-250的电流密度急剧下降，这可能是由于RU RUO2-250中金属RU物种的氧化（导致活性金属RU与氢的结合位点消失，这是RU基HOR电催化剂的典型特征）。
相比之下，RU ruo2-180 在 0 0在33 VRHE的电位范围内没有急剧的电流下降，表明RU RUO2-180中金属Ru物种的氧化受到抑制。 此外，RU RUO2-180 的耐用性在连续运行中显着增强 42 h和8 h后，电流密度下降了8比PT C催化剂好5%和10%;稳定性试验后，RU RUO2-180的结构和组成没有明显变化，这进一步证明了RU RUO2-180面内异质结中丰富的RU-RUO2封闭界面对防止RU被氧化起着至关重要的作用。
为了进一步阐明Ru RuO2平面异质结构电催化剂优异的电催化性能的根本原因，研究人员进行了密度泛函理论（DFT）计算。 结果表明，RU RUO2界面金属RU原子周围的电子耗竭和O原子周围的积累进一步验证了电子通过RU RUO2异质结的转移。 此外，RU RUO2中RU-RUO2界面处的RU和RUO2结构域分别是H和OH的最佳吸附位点：与纯RU相比，金属RU与HAD在异质界面的相互作用较弱，且RUO2与OHAD在界面处的相互作用强于纯RUO2， 大大改善了碱性HOR的反应动力学。
此外，异质结中界面RU与OH、O的相互作用也弱于纯RU的相互作用，因此RU RuO2中的界面金属RU比纯RU具有更差的氧化性，这证实了独特的RU-RUO2界面可以抑制金属RU物种的氧化，这对于RU RUO2在HOR反应过程中的稳定性至关重要。 综上所述，本研究证明，建立具有吸附平衡的碱性HOR中间体非均相界面对提高催化剂的反应性和稳定性具有重要意义。
fast and durable alkaline hydrogen oxidation reaction at electron-deficient ruthenium-ruthenium oxide interface. advanced materials, 2022. doi: 10.1002/adma.202208821