Mesoporous ruthenium titanium oxide solid solution with efficient three phase reaction interface for water electrolysis

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作者
Jun-Ye Zhang,Kaihang Yue,Yuqi Zhao,Rongyao Li,Qi Li,Yanjie Hu,Wendi Wang,Lu Liu,Jialong Li,Hao Zhao,Ya Yan,Zhe Xu,Lianhai Zu,Hui Yang,Kun Lan,Dongyuan Zhao
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1038/s41467-026-70502-3
摘要

The development of stable Ru-based anodes for acidic proton exchange membrane water electrolysis is promising, but strictly limited by Ru over-oxidation and structural collapse due to lattice oxygen participation under high current densities. Rational design of competitive Ru-based catalyst is, thereby, highly desired. Here, by exploring a customized self-assembly route, we report a type of mesoporous Ru-Ti-O solid solution catalyst delivering competitive performance (1 A cm-2 for over 450 h at 0.4mgRucm-2). Mechanistic investigations reveal that the enhanced performance arises from the integration of atomic-scale electronic structure tuning and mesoscopic triple phase interface engineering. The electron delocalization forms a conductive network and suppresses Ru overoxidation through electron donation. Atomically dispersed Ru-O-Ti motifs favor the oxygen pathway mechanism over the lattice oxygen mechanism, suppressing lattice oxygen release and enhancing structural stability. Simultaneously, the ordered mesoporous architecture and radially aligned nanorod bundles establish a robust, super-hydrophilic triple phase interface, enabling effective water and gas exchange and mitigating concentration overpotentials. This cross-scale design strategy offers a possible route to non-Ir catalysts with measurable activity and long-term durability for scalable acidic water electrolysis. Developing robust anode catalysts that can operate at industrial-level current densities is essential for efficient hydrogen production. Here, the authors report a mesoporous ruthenium–titanium oxide solid solution with an engineered three-phase reaction interface for stable water electrolysis.
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