近日，福耀科技大学新材料与新能源学院蒋建中教授团队联合国内外多家顶尖科研机构，在能源与环境领域国际顶级期刊 Energy & Environmental Science（IF≈40）发表重要突破性成果，论文题为 “Breaking Linear Scaling Relationships in Acidic Water Oxidation via Engineered Molecular Co-catalyst”。
该研究针对质子交换膜水电解（PEMWE）中，RuO₂催化剂稳定性差、受限于线性标度关系、难以兼顾高活性与长寿命的关键难题，原创性提出阴阳离子协同锚定含氧阴离子新策略，成功构筑硫酸根修饰、锌单原子与硫共掺杂的氧化钌基高效催化剂（Zn₁/RuSᵧO₂₋ₓ-SO₄），实现酸性条件下析氧反应（OER）性能跨越式提升。
研究团队创新性引入单原子 Zn与晶格 S组成阴阳离子对，通过强配位与电子效应，将 SO₄²⁻稳固锚定于催化剂表面，彻底解决传统含氧阴离子易流失、稳定性不足的问题。原位表征与理论计算证实，表面锚定的 SO₄²⁻可与关键 * OOH 中间体形成氢键作用，诱导反应路径从氧偶联机制（OCM）转向氢键辅助吸附演化机制（HBAEM），直接打破线性标度关系限制，显著降低决速步能垒。
同时，SO₄²⁻可大幅提升水吸附与活化能力，并通过提高晶格氧流失与 Ru 溶解的能量成本，从根本上增强结构稳定性。所制备的 Zn₁/RuSᵧO₂₋ₓ-SO₄催化剂表现出国际顶尖水平：
在 0.5 M H₂SO₄中，10 mA cm⁻² 电流密度下过电位仅 158 mV；
Tafel 斜率低至 50.0 mV dec⁻¹，动力学大幅提升；
连续工作235 小时无明显衰减，稳定性远超商用 RuO₂；
组装 PEMWE 单槽，1 A cm⁻² 仅需 1.651 V，具备显著工业化潜力。
该工作首次建立 “单原子掺杂–晶格阴离子–表面含氧阴离子” 三位一体调控体系，为突破钌基酸性 OER 催化剂活性–稳定性权衡瓶颈提供了全新范式，也为 PEM 水电解制氢的低成本、规模化应用奠定重要科学基础。
相关研究成果得到国家自然科学基金、山东省泰山学者计划等项目支持，论文在线 DOI：10.1039/D5EE05273D。
