【儀表網 研發快訊】氫能是推動未來能源體系轉型和實現“雙碳”目標的關鍵，而高效、穩定的催化是實現氫能轉化突破的核心。理想的催化材料不僅需要相對穩定的晶格骨架，還應具備靈活的價態調控能力。超常規高壓制備的AA′3B4O12型A位有序四重鈣鈦礦氧化物，其A?位和B位可同時容納易變價過渡金屬離子，可在多格點之間形成強協同效應，實現價態調控、電子態耦合與晶格有序的有機結合，從而展現出優異的電催化性能。
中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心磁學國家重點實驗室M08組龍有文研究員團隊，在此前的工作中[Chem. Mater. 33,9295 (2021)]，發現CaCu3Ir4O12具有優異的電催化性能，并提出A?位Cu與B位Ir協同增強電荷傳輸的新型催化機制。基于此，團隊近期利用高溫高壓技術成功制備了新型A位有序四重鈣鈦氧化物CaCu3Co2Ru2O12 (CCCRO)。電化學測試表明，CCCRO在堿性電解液氧析出反應電流密度達到10mA cm-2時所需過電位僅為198 mV，顯著優于商業RuO2 (~300 mV)；在析氫反應中達到10 mA cm-2電流密度所需過電位為46 mV，與商業Pt/C (~35 mV)接近；在工業級電流密度100 mA cm-2下，CCCRO可連續運行超過500小時不衰減，具有很好的穩定性。原位X射線吸收譜與第一性原理計算結果表明，在析氧條件下，Cu、Co與Ru之間的三金屬電子協同作用優化了局域電子態，同時保持穩定的鈣鈦礦骨架；而在析氫條件下，材料發生反應驅動的表面重構，自發形成Cu–Co–Ru合金納米活性相，進一步增強電子和表面活性位點的耦合。正是這種電子協同與結構演變的耦合機制，使CCCRO單相材料在全解水反應中罕見實現了陰、陽兩極的“一材雙效”高性能，有望突破實際應用中對高效、低成本且長期穩定催化劑的迫切需求，并為優異低濃度貴金屬催化劑的設計、機理與應用研究提供重要思路。
相關研究成果已先后發表在Advanced Energy Materials 15,2404599 (2025)和InfoMat e70053 (2025)。中國科學院上海應用物理研究所博士生樊亞磊和物理所博士后葉旭斌為共同第一作者。物理所龍有文研究員、德國馬普所Z. W. Hu博士和應物所張林娟研究員為通訊作者。該工作受到了中國科學院先導專項、國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國博士后基金等項目的支持。
圖：CCCRO電催化性能展示。(a) CCCRO與同類、商業催化劑的陰、陽極電極化比較曲線；(b)與已報道高活性水全分解催化劑在電流密度10 mA cm-2下的過電位對比。
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