2月16日，《自然·通讯》（Nature Communications）在线发表了同济大学材料科学与工程学院马吉伟教授团队及其合作者的研究论文 “Facilitating alkaline hydrogen evolution reaction on the hetero-interfaced Ru/RuO₂ through Pt single atoms doping”。该研究通过设计在具有异质界面的Ru/RuO₂复合结构中掺杂Pt单原子，制备了高效的碱性电解水制氢催化剂。该催化剂在1 M KOH中展现出优越于商业Pt/C和Ru/C的氢气析出活性以及稳定性。此外，该论文采用了先进的原位同步辐射以及原位拉曼表征技术揭示了催化剂的反应机理，并结合理论计算进行了验证。随后，该研究进一步将该催化剂应用于大电流的碱性水电解池中，相比于商业Pt/C展现出显著提升的性能以及经济效益，证明其可应用于实际工业制氢的潜力。

电解水作为一种可持续制备氢气的方法受到了人们的广泛关注。尽管Pt被认为是最优异的析氢反应（HER）催化剂，但是在碱性介质中Pt裂解水分子产生质子能力较差，严重限制了HER的反应速率。同时Pt储量稀少且价格昂贵，难以实现大规模商业化应用。因此，设计一种同时兼具活性以及经济效益性的碱性电解水制氢催化剂对于发展碱性水电解池至关重要。马吉伟教授课题组将贵金属Pt以单原子的形式掺杂于具有异质界面的Ru/RuO₂复合结构中，在降低催化剂成本的同时大幅提升了碱性HER催化性能，并采用先进的原位技术以及理论计算揭示了催化剂的反应机理。这项研究为开发高性能、低成本的贵金属基碱性析氢催化剂提供了可行的指导，并有望应用于实际的H₂生产。

马吉伟教授，杨孟昊研究员，德国柏林工业大学Peter Strasser教授，德国马克思·普朗克固体化学物理学研究所Zhiwei Hu教授为该论文的共同通讯作者，课题组博士生朱一鸣为该论文的第一作者。

马吉伟教授课题组基于电子与缺陷调控机理，致力于构筑高性能催化材料，在 Nature Communications已发表学术论文3篇。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45654-9