高效穩(wěn)定的催化是實(shí)現(xiàn)氫能轉(zhuǎn)化突破的核心。理想的催化材料需要相對(duì)穩(wěn)定的晶格骨架，應(yīng)具備靈活的價(jià)態(tài)調(diào)控能力。超常規(guī)高壓制備的AA′3B4O12型A位有序四重鈣鈦礦氧化物，其A？位和B位可同時(shí)容納易變價(jià)過(guò)渡金屬離子，可在多格點(diǎn)之間形成強(qiáng)協(xié)同效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)價(jià)態(tài)調(diào)控、電子態(tài)耦合與晶格有序的有機(jī)結(jié)合，展現(xiàn)出良好的電催化性能。

此前，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心龍有文團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)CaCu3Ir4O12具有優(yōu)異的電催化性能，并提出A？位Cu與B位Ir協(xié)同增強(qiáng)電荷傳輸?shù)男滦痛呋瘷C(jī)制?；诖耍瑘F(tuán)隊(duì)近期利用高溫高壓技術(shù)，制備出新型A位有序四重鈣鈦氧化物CaCu3Co2Ru2O12?(CCCRO)。

電化學(xué)測(cè)試顯示，CCCRO在堿性電解液氧析出反應(yīng)電流密度達(dá)到10mA cm-2時(shí)所需過(guò)電位僅為198 mV，優(yōu)于商業(yè)RuO2；在析氫反應(yīng)中達(dá)到10 mA cm-2電流密度所需過(guò)電位為46 mV，與商業(yè)Pt/C接近；在工業(yè)級(jí)電流密度100 mA cm-2下，CCCRO可連續(xù)運(yùn)行超過(guò)500小時(shí)不衰減，具有很好的穩(wěn)定性。原位X射線吸收譜與第一性原理計(jì)算結(jié)果顯示，在析氧條件下，Cu、Co與Ru之間的三金屬電子協(xié)同作用，可優(yōu)化局域電子態(tài)，保持穩(wěn)定的鈣鈦礦骨架；在析氫條件下，材料發(fā)生反應(yīng)驅(qū)動(dòng)的表面重構(gòu)，自發(fā)形成Cu–Co–Ru合金納米活性相，可增強(qiáng)電子和表面活性位點(diǎn)的耦合。

這種電子協(xié)同與結(jié)構(gòu)演變的耦合機(jī)制，使CCCRO單相材料在全解水反應(yīng)中實(shí)現(xiàn)了陰、陽(yáng)兩極的“一材雙效”高性能，有望突破實(shí)際應(yīng)用對(duì)高效、低成本且長(zhǎng)期穩(wěn)定催化劑的需求，并為優(yōu)異低濃度貴金屬催化劑的設(shè)計(jì)、機(jī)理與應(yīng)用研究提供了新思路。

相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Energy Materials和InfoMat上。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等的支持。