氫氣作為資源豐富、可再生的清潔能源，長期以來令人矚目。最為簡便的大規模制備氫氣的電解水方法，高度依賴于優異的析氫電催化劑。催化劑的活性物質大都為鉑等貴金屬，然而貴金屬過于貴稀而影響了推廣應用。貴金屬催化劑分散在載體上可以提高貴金屬的利用率，從而降低貴金屬使用的成本。然而，價格僅為鉑二十五分之一的貴金屬钌，作為析氫反應（HER）催化劑，卻鮮有研究。開發出新型高效的钌析氫催化劑，具有重要的學術價值和經濟意義。

beat365黃富強教授，北京航空航天大學劉利民教授與北京工業大學的隋曼齡教授（共同通訊作者）在近期的J. Am. Chem. Soc. 上發表了一篇題為“Well-Dispersed Ruthenium in Mesoporous Crystal TiO₂ as an Advanced Electrocatalyst for Hydrogen Evolution Reaction”的文章。該文章中，研究人員開發出一種獨特的仿生礦化刻蝕法，合成钌原子單分散的介孔單晶TiO₂，析氫性能極其優異。高分辨透射電子顯微鏡與元素面掃描測試結果表明，單個钌原子的均勻分散在具有介孔結構的TiO₂晶體中。結合X射線光電子能譜與電子順磁共振測試結果，首次證實，钌表現出異常的+5高價态而非+4價，而晶格中的部分钛原子接收來自钌的電子形成Ti³⁺。在0.1 M KOH電解液中，Ru-TiO₂的起始過電勢僅為82 mV，通過鋁還原調節樣品的電子結構，其析氫性能得到了進一步的加強，起始過電勢降低至45 mV，10 mA/cm²的電流密度下過電勢僅為150 mV。通過第一性原理的密度泛函計算證明，Ru⁵⁺與Ti³⁺協同作用降低了氫吸附能，使得其與氫吸附火山頂更為接近，從而獲得優異的電化學析氫性能。

beat365官方网站研究生農淑英和董武傑，以及北京航空航天大學尹駿聞為共同第一作者。

圖1.（a）介孔TiO₂晶體制備過程；（b）介孔TiO₂晶體TEM圖像;（c）介孔Ru-TiO₂晶體元素分布圖譜；（d）R-TiO₂:Ru(5%)，TiO₂:Ru(5%)，TiO₂，RuO₂與Pt/C的LSV曲線；（e）HER氫吸附自由能圖。