近日，我校能源材料化学研究院赵东元院士/兰坤教授团队与中国科学院上海高等研究院祖连海研究员，在期刊Nature Communications上发表题为“Mesoporous Ruthenium Titanium Oxide Solid Solution with Efficient Three Phase Reaction Interface for Water Electrolysis”的研究论文。

质子交换膜水电解（PEMWE）因产氢纯度高、响应快、系统紧凑，被认为是面向可再生能源波动供电的关键绿氢技术之一。但其阳极析氧反应（OER）动力学缓慢，带来显著能量损失，因此需要同时具备高活性与强耐久性的酸性OER催化剂。目前Ir基材料仍是主流，但资源稀缺与成本问题限制规模化应用；RuO2作为可替代体系虽具较高本征活性，但在工业PEMWE常见的高电流密度（>1 A cm-2）下，电池电压升高会加速Ru过氧化形成可溶高价物种（如RuO52-），进而引发溶解、相结构坍塌与活性面积损失。更重要的是，许多稳定化策略（掺杂/缺陷/异质结构等）往往忽略了在“水供给+高电流”工况下极其关键的催化剂-电解质-气体三相界面（TPI）：如果润湿、传质与气泡脱附不充分，会造成界面淹没、浓差极化与传质限制，进一步加速Ru基催化剂衰减。

为此，本工作围绕“酸性高电流密度下Ru基阳极易衰减”这一瓶颈，从介孔Ru-Ti氧化物固溶体的跨尺度结构设计出发，将原子级Ru-O-Ti电子耦合（抑制过度氧化与不利反应路径）与介观三相反应界面（增强润湿、供水与析氧排气、降低传质极化）的工程化思路有机结合；并通过原位谱学/同位素追踪与理论计算给出机理闭环，最终在PEM电解槽中验证其在1 A cm⁻²等工况下的稳定运行潜力，为“低Ir/无Ir”酸性阳极提供了可借鉴的材料—界面—器件协同范式。面向应用，后续可重点推进介孔固溶体规模化制备与批次一致性控制、与离聚物/多孔传输层匹配的电极结构与涂覆工艺优化、波动电源下启停与动态负载的耐久评估、以及堆级集成、回收再利用与生命周期/成本分析的系统研究，以进一步降低贵金属用量并提升长期可靠性，推动PEMWE 朝更高效率、更低成本与更可持续的绿氢制备路径演进。

图1 三相界面结构分析

图2 原位及模拟辅助电化学机制探究

该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、内蒙古自然科学基金、内蒙古青年拔尖人才、内蒙古大学骏马计划的大力支持；得到了上海同步辐射光源BL17B1线站及上海国家蛋白质科学中心BL01B线站（https://cstr.cn/31129.02.NFPS）的工作人员在表征测试及数据分析方面提供的技术支持。张俊烨、岳楷航及我校赵雨琪博士为共同第一作者，赵东元、兰坤、祖连海为共同通讯作者，内蒙古大学为第一完成单位。

文章链接：http://doi.org.10.1038/s41467-026-70502-3

（供稿：科学技术处     编辑：武涛     审核：李文娟     终审：阿茹娜）