高效穩定的催化是實現氫能轉化突破的核心。理想的催化材料需要相對穩定的晶格骨架，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，展現出良好的電催化性能。
此前，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心龍有文團隊發現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，制備出新型A位有序四重鈣鈦氧化物CaCu3Co2Ru2O12?(CCCRO)。
電化學測試顯示，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，優于商業RuO2；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顯示，在析氧條件下，Cu、Co與Ru之間的三金屬電子協同作用，可優化局域電子態，保持穩定的鈣鈦礦骨架；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，可增強電子和表面活性位點的耦合。
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實現了陰、陽兩極的“一材雙效”高性能，有望突破實際應用對高效、低成本且長期穩定催化劑的需求，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了新思路。
相關研究成果發表在Advanced Energy Materials和InfoMat上。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國博士后科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項等的支持。
CCCRO電催化性能展示
本文鏈接：研究制備出優異電催化材料實現“一材雙效”http://m.sq15.cn/show-12-1961-0.html
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