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工业上（在质子交换膜水电解槽中）用于析氧反应的氧化铱（IrO2）催化剂稀缺且价格昂贵。虽然氧化钌（RuO2）是一种很有前途的替代品，但其稳定性差阻碍了实际应用。
2025年1月2日，四川大学康毅进及加州理工学院William Andrew Goddard III共同通讯在Science在线发表题为“Tantalum-stabilized ruthenium oxide electrocatalysts for industrial water electrolysis”的研究论文，该研究使用定义良好的扩展表面模型来确定RuO2经历导致Ru溶解的结构依赖腐蚀。
钽（Ta）的掺入有效地稳定了RuO2，增强了RuO2的固有活性。在工业演示中，Ta-RuO2电催化剂表现出接近IrO2的稳定性，在2800小时的测试中，性能衰减率为~14微伏/小时。在电流密度为每平方厘米1安培时，它的过电位比IrO2小330毫伏。
另外， 2025年1月1日，四川大学古丽、朱亚辉及加州大学圣地亚哥分校Michael Karin共同通讯在Nature在线发表题为“FBP1 controls liver cancer evolution from senescent MASH hepatocytes”的研究论文，该研究发现糖异生酶果糖-1,6-二磷酸酶1 （FBP1）是p53的靶标，在衰老样MASH肝细胞中升高，但在大多数人类HCC中通过启动子超甲基化和蛋白酶体降解抑制。 FBP1首先在代谢应激的癌前疾病相关肝细胞和HCC祖细胞中下降，与AKT和NRF2的致瘤活性相似。通过加速FBP1和p53的降解，AKT和NRF2增强了先前衰老的HCC祖细胞的增殖和代谢活性。逆转衰老和支持增殖的NRF2-FBP1-AKT-p53代谢开关在小鼠和人类中起作用，也促进了DNA损伤诱导的体细胞突变的积累，这是MASH向HCC进展所必需的。
可再生能源驱动的水电解是绿色制氢的重要途径。不幸的是，析氧反应（OER）动力学缓慢、效率低、能耗过高，使OER成为高效水电解的瓶颈。质子交换膜水电解（PEM-WE）因其高电流密度（因此产氢率高）而成为所有水电解技术中最具吸引力的技术。高纯度，高压的氢气输出和快速响应，可与可再生能源耦合。然而，OER电催化剂的恶劣工作环境（高酸度和高电位）对PEM-WE的化学稳定性提出了严格的要求。
虽然已经发现了许多新的OER电催化剂，但PEM-WE工业仍然主要使用第一代氧化铱（IrO2），由于Ir的极度稀缺和高成本，其大规模应用受到限制。此外，尽管IrO2的稳定性满足了目前的工业要求，但IrO2 OER电催化剂的活性必须得到显著提高，才能实现有竞争力的制氢。
氧化钌（RuO2）是OER催化剂的第二有吸引力的选择，与Ir相比，它具有相对较高的储量和较低的成本，以及较高的活性。然而，RuO2的稳定性差阻碍了它的实际应用。在正常电解条件下，RuO2电催化剂的Ru溶解法拉第效率为~0.1%，比IrO2催化剂的Ir溶解法拉第效率提高了至少两个数量级。
Ta修饰RuO2表面的研究（图源自Science ）
为了提高RuO2的性能，寻找新的改性材料，扩展活性和稳定性的结构，并建立反应机理是至关重要的。例如，许多研究表明，晶格氧交换参与了OER过程，并负责RuO2催化剂的溶解，而其他人则声称没有观察到晶格氧交换。将五氧化二钽（Ta2O5）和RuO2（或IrO2）混合可以略微提高稳定性，但这种方法尚未进一步探索。
该研究探索了具有选定晶体取向的RuO2的明确扩展表面，以研究OER中的结构-性能相关性。该研究发现结构依赖的腐蚀是造成低稳定性和低活性的原因。然而，该研究发现在RuO2中掺入Ta既增强了RuO2对OER的固有活性，抑制了RuO2的腐蚀，同时也减轻了Ru在水电解中的溶解，显著提高了电催化剂的稳定性。
为了理解Ta如何提高性能和稳定性的原子起源，该研究进行了大规范量子力学（GCQM）计算，将机制和稳定性描述为应用势的函数。基于从这些QM和RuO2扩展表面的实验研究中获得的知识，研究人员合成了纳米颗粒Ta-RuO2电催化剂，并在工业规模的膜电极组件（MEA）中展示了性能。此外，一个完整的工业示范展示了太阳能以高达兆瓦的速率生产氢气，为一个加氢站提供燃料。
参考消息：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado9938
来源【iNature】
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