通過水電解直接產生綠色和清潔的氫氣是緩解全球能源危機和環境污染問題的可持續的策略之一。迄今為止，貴金屬基材料(如Pt/C)仍是酸性介質中電解水性能最優異的析氫反應(HER)電催化劑。然而，Pt/C在高電流密度下存在耐久性差的問題。盡管人們已經設計和制備了許多過渡金屬基HER電催化劑，但由于其反應動力學緩慢，遠未達到工業應用標準(電流密度高達1000 mA cm^?2)。因此，有必要設計和開發在高電流密度下具有高活性和穩定的電催化劑用于HER催化過程。

近日，吉林大學盧曉峰課題組通過一種簡單的原位還原策略和后續的氧化過程，合成了摻雜Ir部分氧化的Ru氣凝膠，并將其用作高電流密度下催化HER的催化劑。電化學性能測試結果顯示，最優的Ru₉₈Ir₂-350催化劑在10、500和1000 mA cm^?2電流密度下的HER過電位分別為26、94和121 mV，遠低于商業Pt/C (29、205和349 mV)。同時，研究人員利用排水法測量了Ru₉₈Ir₂-350在50 mA cm^?2處的法拉第效率(FE)。

結果顯示，90分鐘內Ru₉₈Ir₂-350電解水產氫的FE值約為100%，表明Ru₉₈Ir₂-350對H₂具有高選擇性。此外，Ru₉₈Ir₂-350在1000 mA cm^?2電流密度下連續運行1500小時，過電位僅略微上升，表明其具有優異的穩定性。

研究人員利用FE-SEM、XRD和XPS對Ru₉₈Ir₂-350在堿性介質中HER穩定性測試后的形貌、成分和結構進行了進一步的表征。結果顯示，Ru₉₈Ir₂-350在長期運行后形貌和結構未發生明顯變化。

為了更好地了解Ru₉₈Ir₂-350的穩定性，對相同耐久性試驗后Ru₁₀₀-350的Ru 3p XPS信號峰進行了研究和比較。Ru₁₀₀-350的Ru物種(Ru⁰和Ru⁴⁺)結合能向更高的位置移動，這可能與堿性電解質對Ru基材料的刻蝕有關；而Ru₉₈Ir₂-350中Ru的氧化態得到了很好的保持，Ru與RuO₂的摩爾比保持不變，從而提高了催化劑的長期穩定性。這一結果表明，在Ru/RuO₂異質結中引入Ir元素對提高其長期穩定性起到了關鍵作用。

Highly active and stable alkaline hydrogen evolution electrocatalyst based on Ir-incorporated partially oxidized Ru aerogel under industrial-level current density. Advanced Science, 2023. DOI: 10.1002/advs.20230706