鹼性膜燃料電池（AEMFCS）因其成本低、理論能量密度高而受到越來越多的關注。 然而，在鹼性介質中，陽極上的氫氧化反應（HOR）動力學較慢（比酸性介質低兩個數量級），這限制了AEMFCS的進一步大規模商業應用。 雖然鉑基電催化劑通常對鹼性HOR表現出較高的活性，但PT的成本較高，不適合在AEMFCS中大規模使用。 因此，尋找高價效比且穩定的無PT鹼性HOR電催化劑有利於AEMFCS的進一步發展。
基於此，孫文平，浙江大學跟潘洪革設計合成了由Ru和RuO2組成的RuO2麵內異質結，具有獨特的Ru（100）RuO2（200）介面，能夠快速、持久地電催化鹼性HOR。
電化學效能測試結果表明，最佳RU RuO2-180在整個電位範圍內具有最高的電流密度，表明其電催化效能最高。 在 0在1 V時，RU RUO2-250的電流密度急劇下降，這可能是由於RU RUO2-250中金屬RU物種的氧化（導致活性金屬RU與氫的結合位點消失，這是RU基HOR電催化劑的典型特徵）。
相比之下，RU ruo2-180 在 0 0在33 VRHE的電位範圍內沒有急劇的電流下降，表明RU RUO2-180中金屬Ru物種的氧化受到抑制。 此外，RU RUO2-180 的耐用性在連續執行中顯著增強 42 h和8 h後，電流密度下降了8比PT C催化劑好5%和10%;穩定性試驗後，RU RUO2-180的結構和組成沒有明顯變化，這進一步證明了RU RUO2-180麵內異質結中豐富的RU-RUO2封閉介面對防止RU被氧化起著至關重要的作用。
為了進一步闡明Ru RuO2平面異質結構電催化劑優異的電催化效能的根本原因，研究人員進行了密度泛函理論（DFT）計算。 結果表明，RU RUO2介面金屬RU原子周圍的電子耗竭和O原子周圍的積累進一步驗證了電子通過RU RUO2異質結的轉移。 此外，RU RUO2中RU-RUO2介面處的RU和RUO2結構域分別是H和OH的最佳吸附位點：與純RU相比，金屬RU與HAD在異質介面的相互作用較弱，且RUO2與OHAD在介面處的相互作用強於純RUO2， 大大改善了鹼性HOR的反應動力學。
此外，異質結中介面RU與OH、O的相互作用也弱於純RU的相互作用，因此RU RuO2中的介面金屬RU比純RU具有更差的氧化性，這證實了獨特的RU-RUO2介面可以抑制金屬RU物種的氧化，這對於RU RUO2在HOR反應過程中的穩定性至關重要。 綜上所述，本研究證明，建立具有吸附平衡的鹼性HOR中間體非均相介面對提高催化劑的反應性和穩定性具有重要意義。
fast and durable alkaline hydrogen oxidation reaction at electron-deficient ruthenium-ruthenium oxide interface. advanced materials, 2022. doi: 10.1002/adma.202208821