高效稳定“多金属”氧化物：助力酸性环境下高效产氧

质子交换膜水电解（PEMWE）是利用风能、太阳能等间歇性可再生能源制取绿氢的关键技术，但其大规模应用受限于阳极析氧反应（OER）动力学缓慢和依赖贵金属催化剂两大瓶颈。商用铱（Ir）基催化剂成本高昂、资源稀缺；而活性更高的钌（Ru）基材料虽有潜力，却在强酸、高电位工况下易发生钌元素溶解，难以满足工业级长期稳定性要求。为此，研究人员提出一种“数据驱动+高通量实验”协同新范式，系统破解这一难题。

首先，利用大语言模型（LLM）对近五年1400多篇钌基OER文献进行结构化挖掘，自动提取金属元素与13项关键性能指标（如金属-氧键强度、晶格氧活性等）的关联证据，据此构建出“非贵金属元素候选池”，精准锁定镍（Ni）、铁（Fe）、钼（Mo）、铬（Cr）等可能与钌产生协同稳定效应的元素。

其次，采用全自动粉末合成与催化剂阵列制备技术，快速构建包含60种不同成分的钌基高熵氧化物（Ru-HEO）材料库。该库所有材料均形成均匀单相尖晶石结构，纳米颗粒尺寸约4.9纳米，各元素分布高度均一，为后续性能测试提供了可靠基础。

第三，搭建自动化扫描流动电解池（SFC）高通量筛选平台，首次将“活性”与“稳定性”作为双重核心指标同步评估。传统方法常先测活性再验证稳定性，耗时长且易遗漏“高活性但易衰减”的材料；而本平台通过600秒恒电流测试后的过电位增长值（Δη）快速识别早期衰减倾向，并与1.53 V下的电流密度热图并列分析，直接圈定兼具“高活性、低衰减”的最优组合——（RuNiFeMoCr）₃O₄。

深入机理研究表明：该高熵结构通过多重作用提升性能。原位光谱证实，它大幅削弱晶格氧参与反应（LOM路径），促使反应更倾向于吸附质演化机制（AEM），从根本上减少钌溶解；理论计算进一步揭示，多种金属共存优化了钌原子周围的局部配位环境和电子结构，使钌-氧键更强、反应能垒更低，实现了活性与稳定性的协同增强。

最终，在真实PEMWE电解槽中验证：以（RuNiFeMoCr）₃O₄为阳极的电解槽，在80°C纯水进料、1 A/cm²高电流密度下连续稳定运行超过150小时，电压衰减率仅0.45 mV/小时；而商用RuO₂电解槽在相同条件下约25小时即出现明显电压漂移。同步的钌溶出定量分析与电镜形貌表征也证实，该催化剂在运行中钌损失极少，阳极结构保持完整，无明显团聚或跨膜迁移。

综上，这项工作不仅提供了一种高性能、低成本、可规模化的新型钌基阳极催化剂，更重要的是建立了一套可推广的“AI文献挖掘—高通量合成—双指标筛选—机理验证”材料研发新流程，为复杂催化体系的高效设计提供了切实可行的方法论指导。