氢能作为清洁高效的二次能源载体，是我国实现“双碳”目标和推动能源低碳转型的重要支撑。直接海水电解制氢可充分利用丰富的海洋水资源，减少对淡水资源的依赖，并避免高能耗的海水脱盐过程，被视为未来规模化绿色制氢的重要技术路径。然而，海水中的Cl⁻及其他复杂离子容易引发电极腐蚀、析氯副反应和催化界面破坏，导致活性组分流失与性能衰减。同时，能够加快电荷传输和反应动力学的高活性界面，在长期电解过程中往往更易发生氧化和结构重构，使催化活性与运行稳定性难以兼顾。因此，构筑电子结构可调、局域配位稳定的界面活性基元，协同提升析氢与析氧反应动力学、界面耐久性和抗腐蚀能力，是海水电解催化领域亟待解决的关键科学问题，对推动海水制氢技术的规模化应用具有重要意义。

近日，西安交大电气工程学院、电工材料电气绝缘全国重点实验室相关团队成功研制出Ru-TiO₂/MXene@NF海水电解双功能电催化剂。该催化剂以泡沫镍为基底，以Ti₃C₂T_x MXene为导电骨架，通过水热反应在其表面原位生长TiO₂，并同步引入微量Ru，构建出Ru位点、氧空位与Ti位点协同耦合的Ru–O_v–Ti局域电子调控基元。此设计让催化剂兼具出色的双功能电催化活性与长期运行稳定性，其优异性能来源于Ru掺杂与氧空位的协同调控作用。Ru的引入促进并稳定了TiO₂/MXene界面的氧空位，Ru–O_v–Ti基元进一步引导界面电荷定向重分布并增强电子耦合，既优化了关键反应中间体的吸附能力，又加快了析氢、析氧反应动力学。该研究突破了高活性催化界面在海水电解过程中易氧化、易重构和难以长期稳定的瓶颈，阐明了Ru掺杂、氧空位调控与界面电子传输之间的内在联系，为复杂电解质环境下高效耐久双功能电催化剂的开发提供了新思路。

该研究成果以《氧化物/MXene界面的Ru–O_v–Ti电子调控基元实现耐久碱性海水电解》（Ru–O_v–Ti Electron-Regulating Motifs at Oxide/MXene Interfaces Enable Durable Alkaline Seawater Splitting）为题发表于国际催化领域顶级期刊《美国化学会催化》。（ACS Catalysis，影响因子13.6）。西安交通大学电气工程学院博士生贾宇斐为论文第一作者，西安交通大学电气工程学院石建稳教授为论文通讯作者，电工材料电气绝缘全国重点实验室为论文唯一完成单位。该项研究工作得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费、陕西省创新能力支持计划、电工材料电气绝缘全国重点实验室项目的资助，西安交通大学分析测试中心为该研究提供了表征支持。

论文链接: https://doi.org/10.1021/acscatal.6c02961