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2026年3月23日，沈阳化工大学理乐博乐博官网李文泽教授团队联合中科院赣江创新研究院陈庆军团队在电解水析氧反应（OER）通过4f轨道耦合精细调控Ru-O共价性提供了新思路。相关成果以“Gradient tuning the covalency of Ru-O bonds by 4f-electron to unlock dual-site oxide path mechanism for acid-stable water oxidation”为题发表于《Applied Catalysis B: Environment and Energy》上。沈阳化工大学为本研究第一完成单位，理乐博乐博官网硕士研究生万佳琪为ag体育游戏大厅第一作者，理乐博乐博官网李文泽团队刘禹博士与中科院赣江创新研究院陈庆军研究员为共同通讯作者。

本研究葡萄糖鼓吹法制备稀土掺杂RuO₂（Ln-RuO₂）建立4f电子数-Ru-O共价性-催化活性火山型关系：系统研究Sm、Gd、Er三种稀土掺杂RuO₂，发现10Dq值和ICOHP值随4f电子数呈火山型变化，Gd（4f⁷半满）位于顶点，Gd的4f电子与Ru 4d、O 2p轨道发生f-p-d耦合，使Ru-O键长从1.90 ?伸长至1.98 ?，ICOHP绝对值从-2.01降至-1.66，Ru-O共价性减弱。揭示了稀土4f电子梯度调控Ru-O共价性的微观机制，通过¹⁸O同位素标记DEMS和原位ATR-SEIRAS证实，成功触发了酸性OER中的双位点氧化物路径（OPM），决速步能垒从0.97 eV（AEM）降至0.40 eV（OPM），实现了活性和稳定性的协同提升。

图. 4f电子掺杂对Ru-O键引起的结构和电子变化示意图

本次研究发现Gd-RuO₂催化剂在0.1 M HClO₄电解液中10 mA cm^-2过电位仅196 mV，塔菲尔（Tafel）斜率61.26 mV dec^-1，Gd-RuO₂在酸性OER过程中表现出显著较低的电荷转移电阻（EIS），表明Gd掺杂有效降低了催化剂与电解质之间的电阻，从而促进电子传输。在100 mA cm^-2下稳定运行200小时，在10 mA cm^-2下稳定运行800小时（Ru溶出仅1.88%）。在PEM电解槽中，Gd-RuO₂作为阳极在1 A cm^-2下稳定运行300小时，超过大多数先前报道的质子交换膜水电解（PEMWE）阳极催化剂体系。

图. 催化剂Gd-RuO?在0.1 M HClO?中的性能测试对比

基于Ln-RuO₂模型催化剂中的4f轨道调制开发了一种策略，以精细调控Ru位点的电子结构，有效激活OER过程的OPM途径。，这项工作表明稀土掺杂通过降低Ru的氧化态、削弱Ru 4d与O 2p轨道之间的杂化、以及通过f-p-d轨道耦合降低Ru-O共价性，从而提升了催化剂的稳定性，这为开发高稳定性的酸性阳极催化剂材料提供了新想法。

本研究得到国家自然科学基金（项目编号：22309184）和内蒙古自治区“揭榜挂帅”项目（编号：2024JBGS0001）等项目资助支持