氢气（H2）是一种绿色无污染的高效清洁能源。电化学分解水是获得大量该清洁能源重要途径之一。氧析出反应（OER）和氢析出反应（HER）作为电解水技术的核心部分，严重受限于其缓慢的动力学。因此，研究者投入了大量的精力来开发各种高效且廉价的电极催化材料，如过渡金属氧化物、硫属化合物、磷化物、氮化物及非金属碳材料等等。氧化钌是公认的活性最佳的OER催化剂，但是其在操作条件下稳定性特别差。在过去的几十年，很多研究者通过对该催化剂的修饰来提高OER活性和稳定性。此外，考虑到钌与铂有相似的氢键强度且作为最便宜的贵金属，钌在电化学析氢反应上也受到了广泛的关注。更重要的是，贵金属具有很好的抗酸性，所以钌基材料适用于任何介质。虽然钌基材料在OER和HER电催化领域有广泛的研究报道，但是仍然缺乏一个全面的关于这一主题的概述。
近日，香港理工大学倪萌教授课题组和南京工业大学邵宗平教授课题组合作在ACS Catalysis发表了综述论文，总结了钌基材料在电解水方面的研究进展。
首先，作者对OER和OER的反应机理，与OER/HER活性相关的尺度关系，及钌基催化剂的稳定性问题做了一个概括性地介绍。然后作者将钌基催化材料划分为金属性质的钌（单质钌、合金、核壳结构、异质结复合物以及钌/碳复合材料）、钌基氧化物（氧化钌、钌基混合氧化物、氧化钌/碳复合材料以及烧绿石或者钙钛矿结构的氧化物）、钌基磷化物/硫属化合物（磷化钌、硫化钌以及硒化钌）及其他类别（钌掺杂的无机材料，钌基有机聚合物）等四类（如下图所示）。该部分结合最新的研究成果，对提高OER/HER活性或稳定性的催化剂设计及制备策略、催化剂化学结构、OER/HER催化性能以详细的催化机理进行了全面总结。同时，对该类材料在全解水中作为双功能催化剂的应用进展进行了着重介绍。最后，作者根据已有的研究经历及对文献的概括总结，对钌基催化材料目前具有的挑战及未来的研究重点进行了展望。
该综述的第一作者为喻洁博士，倪萌教授和邵宗平教授为共同通讯作者。
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Recent Advances and Prospective in Ruthenium-Based Materials for Electrochemical Water Splitting
Jie Yu, Qijiao He, Guangming Yang, Wei Zhou, Zongping Shao, Meng Ni
ACS Catal., 2019, 9, 9973-10011, DOI: 10.1021/acscatal.9b02457
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