湘南学院何洪波副教授 | 超分子工程构筑RuO₂@COF-O(3)实现PEMWE酸性OER性能突破

文章来源：

Jianhong Jiang, Xianming Xia, Hongbo He. Novel Vinylene-Linked COF Ruthenium Catalyst Design Achieves Record Performance in Proton Exchange Membrane Water Electrolyzers. Chinese Journal of Structural Chemistry, 2025, 100656. https://doi.org/10.1016/j.cjsc.2025.100656.

质子交换膜电解水（PEMWE）作为绿氢生产的核心技术，凭借其高电流密度与零碳排放特性，已成为全球能源转型的关键支柱。然而，阳极析氧反应（OER）的缓慢动力学严重制约其商业化。传统贵金属催化剂在酸性环境中面临三重挑战：含氧中间体的脱质子化过程存在显著能垒；酸性介质中金属溶解与晶格氧化诱导结构重构，造成活性位点不可逆损失；为维持催化性能需采用高负载量贵金属，高昂的制造成本严重限制了其规模化应用。这些挑战共同导致质子交换膜水电解的实际能效远低于理论预期，成为绿氢技术推广的关键瓶颈。

湘南学院化学与环境科学学院何洪波副教授受邀在Chinese Journal of Structural Chemistry 期刊“News & Views”专栏撰写题为“Novel Vinylene-Linked COF Ruthenium Catalyst Design Achieves Record Performance in Proton Exchange Membrane Water Electrolyzers”的文章，该文章评述了浙江大学侯阳教授团队在超分子工程策略构建COF框架和金属氧化物之间的协同催化体系应用于质子交换膜电解水领域的最新研究成果（Adv. Mater. 2025, 37, 2417374），原文连接：https://doi.org/10.1016/j.cjsc.2025.100656.

·评述内容·

该团队通过超分子工程策略构建的乙烯基链接共价有机框架（COF）与RuO2强耦合体系，实现了酸性氧还原反应（OER）催化剂的突破性进展。研究团队合成的COF-O(3)在0.5 M H2SO4、80℃环境中表现出卓越的稳定性，且其质子电导率达396.8 mS cm-1 ，接近商用Nafion膜水平，这得益于预先设计的亲水性乙氧基侧链——通过形成氢键网络，优化了水分子保留与质子跳跃路径。进一步，COF-O(3)与吸附的*OOH中间体产生强耦合作用，使脱质子化过渡态能量降低0.34 eV，质子转移速率提升1.7倍，从根本上突破了传统催化剂的动力学限制。

图1.(a) 酸性OER传统催化体系的挑战; (b) COF-O（n）的结构模型; (c) COF-O(n) 质子电导率; (d) 中间体转化过程中催化剂-水界面处氢键网络示意图

在PEMWE单电池测试中，RuO2@COF-O(3)性能显著优于商业催化剂：1.0 A cm-2电流密度下槽压仅1.54 V（商业RuO₂为1.89 V），200 mA cm-2工况下180 h衰减率小于5 μV h-1，且Ru负载量降至0.76 mg cm-2（较传统催化剂减少68%）。该成果不仅验证了COF作为可定制化平台的独特优势——通过分子级孔道设计与表面化学调控，同步解决活性、稳定性与传质难题，为提升PEMWE设备寿命和降低绿氢成本提供了技术支点。随着合成工艺优化与替代金属中心探索，该体系有望加速全球能源结构向零碳转型，加快绿氢经济时代的到来。

· 本期责任编辑 ·

何洪波，湘南学院化学与环境科学学院副教授、硕士生导师、南岭学者，郴州市高层次人才。2020年6月于中山大学获博士学位；2022年7月浙江大学博士后出站；2022年9月加入湘南学院化学与环境科学学院工作。研究方向聚焦光电催化材料在能源与环境领域的应用。主持湖南省自然科学基金青年项目、湖南省教育厅重点项目及湖南省教育厅优秀青年项目。以第一作者或通讯作者身份发表SCI论文20余篇，授权国家发明专利7项。入选2024年中国知网高被引学者（TOP 5%）。担任Chin. J. Struct. Chem.，Soft Sci.，Tungsten等期刊青年编委。

Clean Energy Science and Technology (CEST)是一份国际开放获取的同行评审期刊，出版频率为一年四期（季刊）。2023年7月在上海召开创刊编委会并正式创建，2023年9月创刊号上线。期刊由爱丁堡大学范先锋教授与北京化工大学杨卫民教授担任主编。本刊旨在以原创研究文章、综述文章以及评论等形式发表高质量的权威性和跨学科观点及成果，领域涵盖生物质能、太阳能、氢能、风电、清洁原子能，以及清洁能源的转换储存、材料装备及安全、系统优化、开发利用和清洁能源政策等多个板块。CEST的目标是创办清洁能源领域国际一流学术期刊，我们将始终贯彻高质量发展宗旨，坚守期刊发展目标。2024年12月，CEST正式确认被Scopus数据库收录。2025年我们诚邀全球专家学者积极投稿！

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