近日，武汉纺织大学材料科学与工程学院罗芳副教授联合北京大学、三峡大学研究人员，在酸性电解水析氧催化剂研究方面取得新进展。相关成果以“Chalcogen-Bridge-Regulated Proton Shuttling in Tantalum-Doped Ruthenium Oxide for Robust Acidic Water Oxidation”为题，（https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2726169）发表于国际知名期刊《Angewandte Chemie International Edition》。武汉纺织大学为论文第一完成单位，学院硕士研究生徐琦为论文第一作者，罗芳副教授、北京大学傅晓阳研究员和三峡大学杨泽惠教授为论文共同通讯作者。

质子交换膜电解水技术是实现可再生能源制氢的重要途径，其阳极析氧反应动力学缓慢、催化剂在酸性强氧化环境下稳定性不足，是制约技术发展的关键问题。二氧化钌具有较高的析氧催化活性，但反应过程中表面去质子化及界面质子传递受阻，容易造成局部质子积累，并加剧钌的过度氧化与溶解。因此，协同优化催化剂表面反应与界面质子传输，是提升其催化活性和运行稳定性的重要研究方向。

针对上述问题，研究团队以钽掺杂二氧化钌为基础，引入硫、硒、碲等硫族元素，构建不同桥联结构，系统研究桥联原子对去质子化、界面水结构及质子传递的影响。研究发现，硫桥具有适中的氢结合强度，能够促进反应中间体去质子化，同时调控催化剂表面的水分子排列，构建更加灵活的氢键网络，加速质子由催化剂表面向体相电解液传递，实现催化反应与界面传输的协同优化。

电化学测试表明，所制备的Ta-S-RuO₂催化剂在0.5 mol/L硫酸电解液中，达到10 mA/cm²电流密度所需过电位仅为204 mV，明显低于商业二氧化钌催化剂，在100 mA/cm²电流密度下可稳定运行500小时。进一步将其应用于质子交换膜电解水装置，达到3 A/cm²电流密度所需槽电压仅为1.89 V，较商业二氧化钌降低0.21 V，且在1 A/cm²电流密度下可连续稳定运行1000小时，展现出良好的催化活性与运行稳定性。

研究团队结合原位拉曼光谱、原位X射线光电子能谱、原位同步辐射、差分电化学质谱及理论计算，进一步揭示了硫桥调控质子传递的作用机制。结果显示，硫桥不仅有利于去质子化，还能提高界面弱氢键水的比例，促进形成有利于质子传输的动态氢键网络，从而缓解局部质子积累，抑制钌活性中心的过度氧化。实验与理论结果共同表明，桥联原子与氢之间适宜的相互作用，是兼顾析氧活性和结构稳定性的重要因素。

该研究从桥联原子调控出发，建立了催化剂局部结构、界面水氢键网络与析氧性能之间的联系，为理解酸性析氧过程中的质子传递机制提供了新的认识，也为设计高活性、长寿命的钌基电解水催化剂提供了研究思路。（编辑：张晨冉）