电解水(EWS)制氢是一种极具吸引力和应用前景的氢能生产技术。然而，氢气/氧气析出反应的动力学速率缓慢，导致过电位较高，能量效率较低。迄今为止，Pt/Ir基纳米催化剂已成为最先进的EWS催化剂，但其成本高、地球丰度低等缺点极大地限制了其在EWS器件中的应用。作为替代Pt/Ir基催化剂具有吸引力的候选者，Ru基纳米材料因其低廉的价格、类Pt氢键强度和高活性而备受关注。尤其是Ru掺杂的功能性多孔材料，不仅可以实现活性Ru位点的分散和调节，还可以同时解决EWS中的传质和催化转化问题，成为最有潜力的EWS催化剂之一。

近日，北京理工大学王博教授，杨文秀特别研究员在国际重要期刊 Nano Research （IF="9.9"）发表了题为“Ru掺杂功能多孔材料用于电解水”的综述论文。北京理工大学2022级硕士生田崇澳为论文第一作者，北京理工大学王博教授、杨文秀特别研究员为共同通讯作者。文章综述了近年来Ru掺杂功能多孔材料的设计与制备及其在EWS中的应用，包括Ru掺杂MOFs、Ru掺杂POPs及其衍生物 (图1)。 这些Ru掺杂功能多孔材料的优点可以概括如下: 1) 功能多孔材料对Ru物种的限域作用可以增强Ru掺杂功能多孔材料的MSI效应和稳定性; 2) Ru掺杂的功能多孔材料可以提高Ru的利用率，这可归因于功能多孔骨架提供了丰富的Ru锚定位点; 3) 功能多孔材料的多功能性和明确的孔隙率有利于Ru掺杂功能多孔材料的电子转移和质量传输; 4) 在Ru掺杂的功能多孔材料体系中，可以调控Ru位点的电子构型，最终优化Ru的本征催化活性。同时，本文也对其合成方法和构效关系进行了详细的阐述。最后，本文提出了Ru掺杂的功能多孔材料催化剂的存在的问题和挑战，包括稳定性，导电性，模糊的电解水机理以及工业化应用等，旨在为Ru基电解水催化剂的设计提供新的思路。

图1：不同种类Ru掺杂功能多孔材料用于电解水的示意图

论文标题：Ru-doped Functional Porous Materials for Electrocatalytic Water Splitting

DOI：10.1007/s12274-023-6003-5

课题组介绍：

王博，北京理工大学党委常委、副校长，高能量物质前沿科学中心主任，教授。国家万人计划领军人才，国家杰出青年基金获得者，科技部中青年科技创新领军人才。获“科睿唯安世界高被引科学家”，“中国化学会青年化学奖”，北京青年五四奖章等荣誉。现任中国科协常务委员，教育部科技委委员；国际IZA学会MOF Commission常务理事，科技部氢能专项总体组专家，中国交通部环境与可持续发展学会常务理事，国际电化学能源科学院（IAOEES）理事，中关村氢能技术联盟副理事长，中国交通部环境与可持续发展学会理事，兼职担任京津冀国家技术创新中心理事；APL Materials主编，中国化学快报、中国化学学报和Scientific Reports等杂志编委，安全与环境学报副主编。主要从事新型纳米多孔材料、开放框架聚合物理论与设计及其在关键分离过程、环境防护以及能源气体生产与储能等领域的应用研究。在 Nature  、  J. Am. Chem. Soc.  、  Angew. Chem. Int. Ed. 等学术期刊上发表100余篇论文，授权专利20余项。

杨文秀，北京理工大学，博导，特别研究员。主要从事功能化纳米材料的合成及其在催化、新能源领域的应用（电解水、锌–空气电池、燃料电池和CO₂还原等）。近年来，已经以第一/通讯作者的身份在 Chem. Soc. Rev.  、  Trends Chem. （ Cell 子刊）、 J. Am. Chem. Soc.  、  Angew. Chem. Int. Ed.  、  Energy Environ. Sci.  、  ACS Energy Lett. 等国际著名期刊上发表论文30篇，总引用4000余次。申请发明专利9项，授权3项。此外，主持国家自然科学基金项目3项、博士后基金1项、北京理工大学启动计划1项。担任《Nano Research Energy》、《Nano-Micro Letters》、《结构化学》期刊青年编委。

课题组网站：https://bowang.bit.edu.cn/chinese/index.htm