氫氧化物交換膜燃料電池（HEMFC）作為最具發展前景的能量轉換裝置之一，在能源可持續發展方面越來越受到關注。 一般來說，HEMFC由兩個半反應組成：陽極氫氧化物反應（HOR）和陰極氧還原反應（ORR）。 在過去的幾十年裡，鉑被廣泛用於催化HOR反應。 然而，鉑在鹼性條件下緩慢的Horkintic動力學，以及鉑的高成本，嚴重限制了其廣泛的應用。 因此，開發高效、無鉑的鹼性HOR催化劑具有重要意義。
最近黃曉青，廈門大學跟徐勇，廣東工業大學NI對RU多層奈米片（MLNS）的改性可以顯著提高HOR效能（HOR效能與NI在RU MLNS表面或晶格上的位置密切相關）。
首先，研究人員化學製備了三種不同的催化劑：Ru MLNs（未被Ni修飾）、D-Runi MLNs（晶格中的Ni）和I-Runi MLNs（表面上的Ni）。 隨後，進行了電催化HOR效能測試，結果表明，D-Runi MLNS C和i-Runi MLNS C的HOR活性高於RU MLNS C，表明在RU表面和晶格中新增Ni可以促進HOR的基本效能。
隨後，研究人員將Ni（Di-Runi MLNS）沉積在D-Runi MLNS的表面。 在穩定性測試中，Di-Runi MLNS C的HOR活性在11 h後僅下降了11 h5%；當反應時間延長至3 h時，Di-Runi MLNS C上的電流密度僅下降了257%，表明Di-Runi MLNS C具有優異的HOR穩定性。
實驗結果和密度泛函理論（DFT）計算表明，在D-Runi MLNS、i-Runi MLNs和Di-Runi MLNS中，Di-Runi MLNs的δg*h最接近於零，有利於HOR反應。 鹼性條件下的高效HOR需要*H和*OH吸附之間的平衡，而Di-Runi MLNs上晶格和表面的Ni協同作用有助於實現*H和*OH吸附之間的平衡，從而提高HOR效能。
此外，水的形成能是影響HOR效能的另乙個關鍵步驟。 Di-Runi MLNS上的水形成能量為014 EV，遠低於D-Runi MLNs和i-Runi MLNS，再次表明Di-Runi MLNs可以作為催化HOR的活性催化劑。
綜上所述，本工作不僅揭示了RU晶格和表面改性對提高HOR效能的重要性，而且促進了RU基燃料電池材料的合理設計。
lattice and surface engineering of ruthenium nanostructures for enhanced hydrogen oxidation catalysis. advanced functional materials, 2022. doi: 10.1002/adfm.202210328