文 章 信 息

第一作者为：石河子大学化学化工学院博士研究生姚永华、唐赢

通讯作者为：潘珂珂副教授、于锋教授

相关工作以“Visible light-driven high efficient water hydrogen evolution using Ru-RuO2/TiO2 catalyst（https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.06.041）”为题，在International Journal of Hydrogen Energy发表。

文 章 简 介

随着全球对清洁能源需求的日益增长，氢能因其高能量密度和环保特性被视为未来能源的重要选择，而利用太阳能驱动水分解制氢（光催化析氢反应，HER）是最具潜力的绿色制氢途径之一。二氧化钛（TiO₂）因其稳定性和低成本成为研究最广泛的光催化剂，但其对可见光利用率低、载流子复合快等问题严重制约了实际应用。如何通过材料改性提升TiO₂的光催化效率，成为该领域的研究热点。

研 究 背 景

近日，石河子大学于锋教授团队在光催化制氢领域取得重要进展，成功开发出一种高效稳定的Ru-RuO₂/TiO₂催化剂。在TiO₂表面高度分散的Ru-RuO₂纳米簇，形成独特的N-N型异质结，显著提升了可见光下的水分解制氢性能。实验与理论计算表明，该结构具有以下优势：

（a）超高析氢活性：在可见光下，Ru-RuO₂/TiO₂的氢气生成速率达2.5 mmol·g⁻¹·h⁻¹，是纯TiO₂（0.16 mmol·g⁻¹·h⁻¹）的15倍以上。

（b）增强光吸收与载流子分离：异质结拓宽了光响应范围，并显著提升光生电子-空穴对的分离效率，光电流密度大幅提高。

（c）优异的稳定性：经过长时间光照测试，催化剂活性未明显下降，展现出良好的实际应用潜力，为设计高效光催化剂提供了新策略。

图 文 分 析

图1. Ru-RuO₂/TiO₂催化剂的制备与表征。(a) Ru-RuO₂/TiO₂催化剂的制备流程示意图；(b) 反应前后的XRD物相分析；(c) 催化剂粒径分布统计；(d) N₂吸脱附等温线及(e) 对应的孔径分布曲线。

图2. Ru-RuO₂/TiO₂与TiO₂的光电性能与产氢活性对比。(a) 紫外-可见漫反射光谱；(b) 光致发光光谱（反映载流子复合行为）；(c) 间歇光照下的瞬态光电流响应；(d) 电化学阻抗谱（Nyquist图）；(e) Ru-RuO₂/TiO₂与纯TiO₂的产氢动力学曲线；(f) Ru-RuO₂/TiO₂的循环稳定性测试。

图3. 载流子动力学与能带结构分析。(a-b) 温度依赖的光致发光光谱（激发波长λₑₓ=325 nm）及归一化荧光强度-温度倒数关系图：(a) TiO₂，(b) Ru-RuO₂/TiO₂；(c) TiO₂与Ru-RuO₂/TiO₂的Tauc带隙图；(d) Mott-Schottky曲线测定平带电势；(e) 能带结构示意图；(f) Ru-RuO₂/TiO₂催化剂产氢反应机理图示。

图4. 理论计算分析。(a-c) 投影态密度（PDOS）分析：(a) TiO₂，(b) Ru-TiO₂界面，(c) RuO₂-TiO₂界面；(d) TiO₂、Ru-TiO₂与RuO₂-TiO₂的析氢反应自由能台阶图。