目前，迫切需要在高电流密度（≥1000mA/cm²）下工作的高活性且稳定的碱性双功能水电解电催化剂。为了达到这一目标，近期，吉林大学卢晓峰教授&福建师范大学陈巍教授团队构建了Mn掺杂RuO₂（MnxRu1-xO₂）纳米纤维（NFs），其析氢反应（HER）和析氧反应（OER）性能优异，在1M KOH溶液中于1A/cm²下的过电位仅为269mV和461mV，在1A/cm²的工业需求下具有显著的稳定性，明显优于基准Pt/C和商用RuO₂电催化剂。更重要的是，组装的Mn_0.05Ru_0.95O₂ NFs||Mn_0.05Ru_0.95O₂ NFs电解槽在电池电压为1.52V的情况下达到了10mA/cm²的电流密度，并且在150小时的连续运行中也提供了出色的稳定性，远远超过了商用Pt/C||商用RuO₂、RuO₂ NFs||RuO₂ NFs和大多数以前报道的出色电解槽。理论计算表明，在RuO₂中掺杂Mn可以显著优化电子结构，削弱O—H键的强度，实现HER接近零的氢吸附自由能（ΔGH*）值，同时由于p-d轨道重叠中心更接近费米能级，还可以有效削弱中间体O*在相关位点的吸附强度，实现更高的OER催化活性。

图1.a）Mn_0.05Ru0.₉₅O₂ NFs两步制备示意图。b）Mn_0.05Ru0.₉₅O₂ NFs的SEM和c）TEM图像。（b）的插图：Mn_0.05Ru0.₉₅O₂ NFs的直径分布。d）Mn_0.05Ru0.₉₅O₂ NFs的HRTEM图像，e）SAED图案，f）HAADF-STEM图像和Ru、Mn、O元素的相应元素映射图像，以及g）EDX光谱。（g）的插图：Mn所在位置的局部放大。

图2.a）Mn_0.08Ru_0.92O₂ NFs、Mn_0.05Ru_0.95O₂ NFs、Mn_0.02Ru_0.98O₂ NFs和RuO₂ NFs的XRD图谱和b）局部放大XRD图谱。c）Mn_0.05Ru_0.95O₂ NFs和RuO₂ NFs的拉曼光谱。d）Mn_0.05Ru_0.95O₂ NFs和RuO₂ NFs的典型高分辨率Ru3p XPS光谱。e）Mn_0.05Ru_0.95O₂ NFs的典型高分辨率Mn2p XPS光谱。f）Mn_0.05Ru_0.95O₂ NFs和RuO₂ NFs的典型高分辨率O1s XPS光谱。

图3.Mn_0.05Ru_0.95O₂ NFs和其他HER催化剂在1M KOH溶液中的电化学测试。

图4.Mn_0.05Ru_0.95O₂ NFs和其他OER催化剂在1M KOH溶液中的电化学测试。

图5.H*在Mn掺杂RuO₂体系上的吸附位点（a），以及计算的相应的H*自由能（ΔGH*）（b）；Mn掺杂RuO₂体系TO1位点吸附H*时，H-1s轨道和O-2p轨道形成完全填充的键合轨道和部分填充的反键轨道的示意图（c）；Mn掺杂RuO₂体系TMn位点处OER的吉布斯自由能图（d）；掺杂Mn位点和取代Ru位点的几何参数（e）；O*吸附在原始RuO₂体系的TRu位点处（f）以及Mn掺杂RuO₂体系的TMn（g）和TRu（h）位点处之后，O原子的p轨道和Ru/Mn原子的d轨道的分波态密度（PDOS）。RuO₂ NFs（i）和Mn_0.05Ru_0.95O₂ NFs（j）的电势依赖性拉曼表征。

图6.Mn_0.05Ru_0.95O₂ NFs和其他OWS（整体水分解）催化剂在1M KOH溶液中的电化学测试。

该工作以“Rationally Construction of Mn-Doped RuO2 Nanofibers for High-Activity and Stable Alkaline Ampere-Level Current Density Overall Water Splitting”为题发表在《Small》（DOI:10.1002/smll.202307164）上。

论文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202307164