近日，中国石油大学研究团队在贵金属制氢催化剂领域取得重要技术突破，研发出新型钌纳米催化剂Ru/3DSPNC，有效破解传统钌基催化剂活性不足、稳定性差的行业痛点，大幅提升阴离子交换膜水电解（AEMWE）工业工况下的析氢反应综合性能。相关研究成果正式刊发于《催化学报（Chinese Journal of Catalysis）》，为低贵金属、高效率水电解制氢技术产业化落地提供了全新技术路径。

      本次研究由刘健教授、杨宇奇教授、罗嘉庆博士牵头完成，聚焦碱性水电解制氢核心的阴极催化剂技术革新。当前，钌基贵金属催化剂凭借优异的本征催化活性，成为替代传统铂基催化剂、降低制氢成本的核心材料之一，但两大技术瓶颈长期制约其规模化应用：一方面，钌金属与氢结合作用力过强，反应生成的氢 气难以顺利脱附，大幅降低催化反应效率；另一方面，钌纳米颗粒在制备及工况运行过程中易发生迁移、团聚，导致催化活性位点大量流失，催化剂使用寿命大幅缩短。

      针对上述行业共性难题，研究团队创新构建三维球形多孔氮掺杂碳框架结构，通过物理空间限域与氮缺陷位点锚定双重机制，将超细钌纳米颗粒精准固定于碳框架内部，从根源上解决钌颗粒团聚、脱落问题，同时显著提升活性组分的分散均匀性。与此同时，该结构设计可精准调控催化剂界面电子分布，优化钌位点的氢吸附与脱附能力，同步实现催化活性与运行稳定性的双向提升。

      多项性能测试数据证实了新型Ru/3DSPNC催化剂的技术优势。碱性体系测试结果显示，在1.0 M氢 氧化钾溶液中，该催化剂仅需11.2 mV的极低过电位，即可实现10 mA cm⁻²的电流密度，催化性能显著优于多款对照催化剂及商用铂碳（Pt/C）催化剂，且可在标准三电极测试体系中连续稳定运行100小时，性能无明显衰减。

      更具工业化价值的是，该催化剂在低贵金属负载量下依旧展现出优异的工程应用性能。在仅0.0723 mg cm⁻²的超低钌负载条件下，搭载该催化剂的AEMWE装置在30℃环境中，仅需1.90 V电压即可达到1 A cm⁻²的工业级高电流密度；升温至60℃工况时，达标电压可进一步降至1.76 V。在1 A cm⁻²恒定工业电流密度下，装置可稳定连续运行310小时，全程电压衰减率低于5.6%，综合服役性能全面超越同等测试条件下的商用铂碳装置。

      业内分析指出，铂基催化剂成本高昂、传统钌基催化剂稳定性不足，是当前碱性膜水电解制氢技术大规模工业化的核心阻碍。本次研究创新的空间限域、氮缺陷锚定、界面电子调控一体化技术方案，有效平衡了贵金属催化剂“高活性、高稳定、低用量”三大核心指标。

      此次中石大团队的技术成果，不仅突破了钌基析氢催化剂的固有性能短板，大幅降低贵金属原料消耗与制氢设备运维成本，更完善了低贵金属负载型制氢催化剂的设计体系，为高性能、低成本AEMWE制氢技术的产业化迭代提供了重要技术支撑，将有效助力绿氢制备产业规模化、商业化发展。