氫是一種環保的可再生能源，被認為是化石燃料的最佳候選者。 析氫反應（HER）和氫氧化物反應（HOR）是產氫的兩種重要手段。 迄今為止，鉑（Pt）表現出較高的HER和HOR特性，但其稀缺性和高成本極大地限制了其廣泛應用。 相比之下，釕（RU）是HER和HOR中PT基催化劑最有前途的替代品之一，因為它的電子結構與PT相似，並且比PT便宜。 然而，HOR和HER反應在鹼性介質中的動力學遠慢於酸性介質，嚴重限制了RU基催化劑的大規模工業應用。 同時，對RU活性中心在氫催化反應中奈米級多相載體的作用仍缺乏深入認識，這限制了RU基催化劑在HER HOR中的進一步應用。
最近Mu Shichun，武漢理工大學清華大學王定生跟南京曉莊大學劉素麗採用多步水熱法製備了穩定在缺陷FeOX上的RU團簇（RU RuxFe3-XO4），催化劑中存在大量非均相介面和不配位的金屬位點。 由於存在多個活化層和大量的Fe（Ru）-O或Ru-C介面，少量的Ru原子分散在原子水平上，打破了Fe3-XO4晶格的對稱性，影響了非均相介面處的電荷分布，增強了Ru團簇與Fe（Ru）Ox奈米顆粒之間的電子轉移。 這種獨特的異構介面結構具有特殊的對稱失配特性，可以有效調節RU的離散性。 此外，RU團簇與RUxFe3-XO4之間的大晶格失配導致介面處形成豐富而複雜的缺陷位點和扭曲結構，為催化提供了額外的活性位點。 此外，RUxFe3-XO4不僅可以作為穩定的載體來維持RU的高色散，防止RUs團聚，還可以通過它們之間的相互作用來調節電子結構。
因此，所製備的RuxFe3-XO4催化劑在鹼性介質中表現出優異的HER Hor雙功能活性和耐久性，優於市售PT C催化劑。 具體來說，ru ruxfe3-xo4 在 176 和 582 mV 的低 HER 過電位可分別產生 10 和 100 mA cm-2 的電流密度，HOR 的動電流密度可達商用 PT C 的兩倍。 同時，理論計算表明，RU原子向Fe3-XO4介面的分散導致RU RuXFE3-XO4異質結處的電子重排，導致H和OH在表面活性位點的吸附能得到有效調節，降低了H2O形成的關鍵反應能壘，有效促進了HER和HOR。 綜上所述，本工作為通過破壞原子尺寸對稱性來提高催化劑的電催化效能提供了一種有效的途徑。
constructing symmetry-mismatched ruxfe3–xo4 heterointerface-supported ru clusters for efficient hydrogen evolution and oxidation reactions. nano letters, 2024. doi: 10.1021/acs.nanolett.3c04690