高效穩(wěn)定的催化是實現(xiàn)氫能轉(zhuǎn)化突破的核心。理想的催化材料需要相對穩(wěn)定的晶格骨架，應(yīng)具備靈活的價態(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位可同時容納易變價過渡金屬離子，可在多格點之間形成強協(xié)同效應(yīng)，實現(xiàn)價態(tài)調(diào)控、電子態(tài)耦合與晶格有序的有機結(jié)合，展現(xiàn)出良好的電催化性能。

此前，中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心龍有文團隊發(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)同增強電荷傳輸?shù)男滦痛呋瘷C制?；诖?，團隊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)。

電化學測試顯示，CCCRO在堿性電解液氧析出反應(yīng)電流密度達到10mA cm-2時所需過電位僅為198 mV，優(yōu)于商業(yè)RuO2；在析氫反應(yīng)中達到10 mA cm-2電流密度所需過電位為46 mV，與商業(yè)Pt/C接近；在工業(yè)級電流密度100 mA cm-2下，CCCRO可連續(xù)運行超過500小時不衰減，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)動的表面重構(gòu)，自發(fā)形成Cu–Co–Ru合金納米活性相，可增強電子和表面活性位點的耦合。

這種電子協(xié)同與結(jié)構(gòu)演變的耦合機制，使CCCRO單相材料在全解水反應(yīng)中實現(xiàn)了陰、陽兩極的“一材雙效”高性能，有望突破實際應(yīng)用對高效、低成本且長期穩(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、機理與應(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。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中國博士后科學基金、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項等的支持。