【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】氫能是推動(dòng)未來能源體系轉(zhuǎn)型和實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵，而高效、穩(wěn)定的催化是實(shí)現(xiàn)氫能轉(zhuǎn)化突破的核心。理想的催化材料不僅需要相對(duì)穩(wěn)定的晶格骨架，還應(yīng)具備靈活的價(jià)態(tài)調(diào)控能力。超常規(guī)高壓制備的AA′3B4O12型A位有序四重鈣鈦礦氧化物，其A?位和B位可同時(shí)容納易變價(jià)過渡金屬離子，可在多格點(diǎn)之間形成強(qiáng)協(xié)同效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)價(jià)態(tài)調(diào)控、電子態(tài)耦合與晶格有序的有機(jī)結(jié)合，從而展現(xiàn)出優(yōu)異的電催化性能。
 

　　中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心磁學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室M08組龍有文研究員團(tuán)隊(duì)，在此前的工作中[Chem. Mater. 33,9295 (2021)]，發(fā)現(xiàn)CaCu3Ir4O12具有優(yōu)異的電催化性能，并提出A?位Cu與B位Ir協(xié)同增強(qiáng)電荷傳輸?shù)男滦痛呋瘷C(jī)制?；诖?，團(tuán)隊(duì)近期利用高溫高壓技術(shù)成功制備了新型A位有序四重鈣鈦氧化物CaCu3Co2Ru2O12 (CCCRO)。電化學(xué)測(cè)試表明，CCCRO在堿性電解液氧析出反應(yīng)電流密度達(dá)到10mA cm-2時(shí)所需過電位僅為198 mV，顯著優(yōu)于商業(yè)RuO2 (~300 mV)；在析氫反應(yīng)中達(dá)到10 mA cm-2電流密度所需過電位為46 mV，與商業(yè)Pt/C (~35 mV)接近；在工業(yè)級(jí)電流密度100 mA cm-2下，CCCRO可連續(xù)運(yùn)行超過500小時(shí)不衰減，具有很好的穩(wěn)定性。原位X射線吸收譜與第一性原理計(jì)算結(jié)果表明，在析氧條件下，Cu、Co與Ru之間的三金屬電子協(xié)同作用優(yōu)化了局域電子態(tài)，同時(shí)保持穩(wěn)定的鈣鈦礦骨架；而在析氫條件下，材料發(fā)生反應(yīng)驅(qū)動(dòng)的表面重構(gòu)，自發(fā)形成Cu–Co–Ru合金納米活性相，進(jìn)一步增強(qiáng)電子和表面活性位點(diǎn)的耦合。正是這種電子協(xié)同與結(jié)構(gòu)演變的耦合機(jī)制，使CCCRO單相材料在全解水反應(yīng)中罕見實(shí)現(xiàn)了陰、陽兩極的“一材雙效”高性能，有望突破實(shí)際應(yīng)用中對(duì)高效、低成本且長(zhǎng)期穩(wěn)定催化劑的迫切需求，并為優(yōu)異低濃度貴金屬催化劑的設(shè)計(jì)、機(jī)理與應(yīng)用研究提供重要思路。
 

　　相關(guān)研究成果已先后發(fā)表在Advanced Energy Materials 15,2404599 (2025)和InfoMat e70053 (2025)。中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所博士生樊亞磊和物理所博士后葉旭斌為共同第一作者。物理所龍有文研究員、德國馬普所Z. W. Hu博士和應(yīng)物所張林娟研究員為通訊作者。該工作受到了中國科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中國博士后基金等項(xiàng)目的支持。
 

　　圖：CCCRO電催化性能展示。(a) CCCRO與同類、商業(yè)催化劑的陰、陽極電極化比較曲線；(b)與已報(bào)道高活性水全分解催化劑在電流密度10 mA cm-2下的過電位對(duì)比。