近日，黑龙江大学化学学院付宏刚教授团队在钌基质子交换膜水电解领域取得重要进展。钌基质子交换膜水电解体系因其更低的初始资本投入和更高的电解效率近年来被认为有望代替商业铱基质子交换膜水电解体系。然而，其实际应用受限于大电流密度运行下的稳定性不足。为深入探究制约钌基质子交换膜水电解体系稳定性的根本原因，并指导高效稳定的电解槽设计，研究团队对该领域的研究进展进行了系统综述。研究成果以“Engineering of Stabilized Ru-based Proton Exchange Membrane Water Electrolysis”为题，发表于《Advanced Materials》。

钌基质子交换膜水电解系统的稳定性问题本质不仅是催化剂的衰减，而是全体系的连锁反应。膜的化学降解、多孔传输层与双极板的腐蚀、由质量传输和电荷转移限制引发的膜脱水及催化剂层剥离，以及这些退化过程间的相互影响都会显著影响系统的整体运行稳定性。(图1)

图1. Ru基PEMWE示意图和系统退化机制

研究团队对近年来发表的关于提升Ru基催化剂稳定性策略（晶格掺杂、界面工程、单原子设计、高熵材料、原位重构等）进行了系统的整理和比对。(图2) 随后梳理了其他核心部件（膜，多孔传输层，双极板）的稳定性提升策略（图3-4）

图2. Ru基催化剂稳定性提升策略

图3. 质子交换膜稳定性提升策略

图4. 多孔传输层和双极板的稳定性提升策略

传质传荷过程涉及到各核心部件并影响其界面的相互作用，对电解效率和稳定性有着重要影响。因此除了提升各核心部件的稳定性，研究团队还强调了系统工程的重要性并总结了优化系统内传质传荷过程的策略。（图5-6）

图5. 界面传质过程优化策略

图6. 界面传荷过程优化策略

该工作通过系统性的探讨，从钌基催化剂出发，延伸至膜等其他核心组件，最终在电解槽系统层面进行整合分析，深刻揭示了钌基质子交换膜水电解体系的全链条衰减机制。在此基础上，结合先进报道提出了从关键材料优化到系统集成协同的综合性稳定性提升策略，为构建高效稳定的钌基质子交换膜水电解系统提供了可行的思路与指导。

黑龙江大学博士研究生张海生为第一作者。通讯作者为黑龙江大学付宏刚教授、闫海静教授，新加披南洋理工大学陈晓东院士。团队在黑龙江大学的研究工作得到了国家自然科学基金、黑龙江省自然科学基金等项目的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202516207（化学化工与材料学院供稿）