准确调节催化剂活性位点对高效催化过程至关重要，但仍面临相当大的挑战。

近日，武汉科技大学李轩科、张琴团队在Advanced Energy Materials期刊发表题为“Bridged Mn-O-Ru Motifs in RuO2 Catalyst Promoting Hydrogen Production at Ampere-Level Current Density”的研究论文，团队成员李琪琪为论文第一作者，湖北航天化学技术研究所刘性辉、李轩科、张琴、比利时哈塞尔特大学杨年俊为论文共同通讯作者。

该研究通过将Mn原子引入到RuO₂基体中，形成了局部氧化态的不对称Mn-O-Ru桥接结构。Mn-O-Ru微结构上各活性位点的协同效应确保了其具有优异的碱性HER性能。理论计算表明，在Mn-O-Ru桥接结构的诱导下，Ru位点的水解离能力显著提高，而桥接氧具有最佳的氢吸附自由能。正如预测的那样，Mn-RuO₂催化剂在1 M KOH和1 A cm^-2和2 A cm^-2电流密度下的过电位分别为118和160 mV，优于RuO₂和商用Pt/C催化剂。在碱性条件下，该Mn-RuO₂电催化剂可在10 mA cm^-2下稳定工作，寿命长达300 h。此外，在组装的液流电池中作为阴极时，只需要1.87 V就电流密度可以达到1.0 A cm^-2。该研究为获得理想高效HER电催化剂提供了催化局部环境设计的新思路。

研究人员通过硒提取氧化策略成功地在钌电催化剂（Mn-RuO₂）中引入了Mn-O-Ru桥接结构。在原子水平上，研究人员通过X射线光电子能谱和X射线吸附能谱证明了Mn-O-Ru桥接对的引入精确地调节了Ru-O键的局部电子环境。因此，Mn-RuO₂催化剂具有令人印象深刻的碱性HER活性。特别是，在1000 mA cm^-2和2000 mA cm^-2的安培级电流密度下，其过电位分别为118 mV和160 mV，远远优于RuO₂和商用Pt/C催化剂。此外，在碱性条件下，Mn-RuO₂电催化剂可在10 mA cm^-2下稳定运行，寿命长达300 h。以Mn-RuO₂作为阴极的组装液流电池性能优异，仅需1.87 V电流密度即可达到1.0 A cm^-2。同时，它在1.8 V下具有5.36 A mg^-1的高质量活性和357.33 A/美元的显著价格活性，明显优于商用的Pt/C对照物。理论计算表明，界面Mn-O-Ru桥有效地促进了H₂O分子在Ru位点的吸附，桥接的氧表现出最佳的氢吸附自由能。因此，该研究阐明了合理构建多个活性位点的关键作用，为进一步设计高性能催化剂提供了指导。

总之，该研究成功将Mn-O-Ru桥接结构整合到RuO₂基体中，从而实现高活性和碱性稳定的HER电催化。Mn-RuO₂电催化剂只需要118和160 mV的低工作电位电流密度就能分别达到1和2 A cm⁻²。此外，Mn-RuO₂可以在10 mA cm⁻²下稳定运行300小时。采用Mn-RuO₂阴极组装的双电极液流电解槽在1.87 V的低电池电压下可提供1 A cm⁻²的工业级电流密度。先进的表征和理论计算表明，Mn-O-Ru桥改变了RuO₂载体的电子和配位环境。因此，Mn-RuO₂电催化剂上的Ru位点吸附H₂O的能力很强，在桥氧原子上吸附H中间体的能量适中，因而具有优异催化性能。该研究挖掘了更具成本效益的RuO₂材料的应用潜力，并指导了超高电流水平下高效HER催化剂的设计。