由于具有類似Pt的電催化能力和適中的價(jià)格，Ru基催化劑被認(rèn)為是電化學(xué)水分解的Pt替代品。然而，它們在工業(yè)級電流密度下的催化性能有限。基于此，上海大學(xué)趙玉峰教授，魯雄剛教授（共同通訊作者）等人報(bào)道了一種新型的電催化劑，其Ru納米團(tuán)簇的含量極低（0.85 wt.%），通過牢固的Cr-O-Ru鍵錨定在摻Cr的Fe金屬有機(jī)骨架（Ru@Cr-FeMOF）上。

研究發(fā)現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)有利于電子的快速轉(zhuǎn)移，控制Ru中心的最高占據(jù)d軌道和d帶中心，有利于析氧反應(yīng)（OER）和析氫反應(yīng)（HER）的催化。該催化劑在堿性條件下具有21 mV@10 mA cm^-2的HER反應(yīng)活性和230 mV@50 mA cm^-2的OER反應(yīng)活性，并在工業(yè)級電流密度（1.72 V@1000 mA cm^-2）下實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的水分解性能，超過了國內(nèi)外的研究成果。

計(jì)算解讀

理論計(jì)算表明，Cr摻雜提供了豐富的空軌道，可以形成Cr-O鍵。這些鍵可以促進(jìn)O的p軌道的移動，有利于在Ru納米團(tuán)簇內(nèi)形成Cr-O-Ru橋鍵，導(dǎo)致Ru的d軌道電子數(shù)發(fā)生變化，從而提高電催化活性。這種高效Ru基貴金屬催化劑的合理設(shè)計(jì)策略可以擴(kuò)展到構(gòu)建其他類似的催化材料，為實(shí)用且低成本的制氫做出貢獻(xiàn)。

D-Orbital Manipulated Ru Nanoclusters for High-Efficiency Overall Water Splitting at Industrial-Level Current Densities. Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202307917.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202307917.