二氧化钌（RuO₂）对酸性析氧反应（OER）表现出优异的活性；然而，其长期稳定性差限制了其实际应用。杂原子掺杂是一种有前景的策略，其中钼（Mo）因其多价态和强亲和力备受关注，有望通过提高电子密度和增强晶格稳定性来抑制Ru的过度氧化。较高的Mo掺杂量还能减少掺杂剂浸出、促进电荷均匀分布，降低结构坍塌风险。然而，合成高Mo含量（如50 at.%）的单相Ru‑Mo氧化物纳米颗粒仍面临巨大挑战。

热力学上，均质的Mo_xRu_1-xO₂四方相并不稳定，组分倾向于分离为RuO₂和MoO₃/MoO₂。尽管可通过高温淬火获得单相陶瓷颗粒，但该方法会导致颗粒烧结成块体，不利于催化应用。而水热等湿化学方法在高Mo含量下易引起相分离或形成异质结构，难以获得单相固溶体。因此，目前报道的Mo‑Ru氧化物纳米颗粒大多仅限于低Mo掺杂水平或复合结构。

高温热冲击氧气氛技术：提出了高温热冲击氧气氛合成策略，在 ≈1200 °C、0.05 秒 的超短时高温下，随后以 ≈10⁴ °C/s 的极速淬火，成功克服了RuO₂与MoO₃之间热力学相分离的难题。通过非平衡动力学过程实现了 原子级均匀混合，形成尺寸约 10 nm 的单相纳米颗粒。

成功合成高Mo含量的单相纳米颗粒：实现了Mo原子占比高达 50% 的Mo_0.5Ru_0.5O₂单相固溶体，突破了以往Mo掺杂量低或形成复合相的限制。表征证实其具有均匀的 四方晶系结构，Mo、Ru、O 元素分布均匀，无相分离。

卓越的酸性 OER 性能与稳定性：在 0.1 M HClO₄ 中，Mo_0.5Ru_0.5O₂表现出 210 mV @ 10 mA cm^-2的低过电位，并在 50 mA cm^-2下稳定运行超过 300 小时，电压衰减率仅为 0.06 mV/h，且Ru利用率高，质量活性是RuO₂的6.5 倍。

高 Mo掺杂提升稳定性的机理：系统分析阐明高价位Mo能稳定替代RuO₂晶格中的Ru，提供电子给Ru，抑制其过氧化与溶解。计算表明Mo_0.5Ru_0.5O₂的 氧空位形成能更高（3.03 eV），增强了结构稳定性；同时降低了OER速率决定步骤的自由能垒，提升本征活性。

图1.图示为溶胶-凝胶法和高温热冲击法合成的Mo_0.5Ru_0.5O₂纳米颗粒。溶胶-凝胶法（SG）制备Mo_0.5Ru_0.5O₂-SG样品表现出相分离（MoO₃和RuO₂），而空气气氛下高温热冲击法（HTS）合成的Mo_0.5Ru_0.5-HTS样品则呈现金属相。相比之下，氧气气氛下高温热冲击法（HTSO）合成的Mo_0.5Ru_0.5O₂-HTSO样品则呈现单相氧化物结构，对析氧反应（OER）具有较高的催化活性和稳定性

图2.Mo_0.5Ru_0.5O₂纳米粒子的合成与表征。a)高温热冲击法（HTSO）在氧气气氛下合成Mo_0.5Ru_0.5O₂的示意图；b) 焦耳加热法在碳纸上制备的Mo_0.5Ru_0.5O₂的红外光谱(IR)图像；在氧气气氛下，热处理温度在0.05秒内达到1200℃；c,d) 高温热冲击法(HTSO)在碳纸上制备的Mo_0.5Ru_0.5O₂的扫描电子显微镜(SEM)图像；e) Mo_0.5Ru_0.5O₂-HTSO中Mo、Ru和O的透射电子显微镜(TEM)元素分布图；f) Mo_0.5Ru_0.5O₂-HTSO的原子分辨率结构及其对应的快速傅里叶变换(FFT)图谱。 g) 不同条件下合成的Mo_0.5Ru_0.5O₂的XRD图谱：(I) 溶胶-凝胶法(SG)，(II) 空气中1200 °C下高温合成0.05 s，(III) 氧气中1500 °C下高温合成 0.05 s，(IV) 氧气中1200 °C下高温合成0.05 s；h) 高温合成法(HTSO)和溶胶-凝胶法(SG)炉加热合成温度和时间的示意图。高温合成法(HTSO)可实现短时间加热和快速冷却，有利于单相Mo_0.5Ru_0.5O₂的形成。相比之下，溶胶-凝胶法(SG)炉加热需要较长时间加热和缓慢冷却，这有利于相分离；i) 氧化物形成吉布斯自由能变化与氧分压(P_O2)的关系示意图。在给定温度下，吉布斯自由能随氧分压(P_O2)的增加而降低，表明氧化物在较高氧分压下更稳定；j) Ru和Mo基氧化物生成吉布斯自由能随温度变化的示意图（埃林汉姆图）。在高温下，Ru和Mo基氧化物均倾向于还原成各自的金属。与Ru相比，Mo具有更高的氧化电位，因此更容易被氧化；k) Mo_xRu_1-xO₂ (0.0 ≤ x ≤ 0.5)的相图，显示在所研究的成分范围内为单相固溶体结构

图3. Mo_0.5Ru_0.5O₂的OER活性和稳定性。a–d）：a) 极化曲线，b) 10 mA cm^-2和50 mA cm^-2下的过电位，c) 相应的Tafel图，以及d) RuO₂-HTSO、 Mo_0.2Ru_0.8O₂-HTSO、 Mo_0.5Ru_0.5O₂-HTSO和Mo_0.5Ru_0.5O₂-SG的质量活性； e) RuO₂-HTSO、Mo_0.2Ru_0.8O₂-HTSO、 Mo_0.5Ru_0.5O₂-HTSO和Mo_0.5Ru_0.5O₂-SG在4000次CV循环前后的过电位变化；f) 在50 mA cm^-2电流密度下对RuO₂-HTSO、Mo_0.2Ru_0.8O₂-HTSO、Mo_0.5Ru_0.5O₂-HTSO和Mo_0.5Ru_0.5O₂-SG进行计时电位法(CP)测试；g) 比较Mo_0.5Ru_0.5O₂-HTSO与已报道的金属掺杂RuO₂催化剂的衰减速率(mV h^-1)

图4.对Mo_0.5Ru_0.5O₂进行OER后分析及其稳定性机制。a) 300小时OER稳定性测试后Mo_0.5Ru_0.5O₂-HTSO中Mo、Ru和O的TEM元素分布图，表明元素分布均匀；b) 300小时OER稳定性测试后Mo_0.5Ru_0.5O₂-HTSO的原子分辨率结构及其对应的FFT图谱，揭示其为单相四方结构；c) 300 小时OER 稳定性测试前后Mo_0.5Ru_0.5O₂-HTSO的XRD图谱；d,e) 稳定性测试后RuO₂-HTSO、Mo_0.2Ru_0.8O₂-HTSO和Mo_0.5Ru_0.5O₂-HTSO的 (d) Ru3p光谱和 (e) Ru³⁺/Ru⁴⁺比值的XPS图谱。f) Mo_0.5Ru_0.5O₂-HTSO在OER稳定性测试前后的Mo 3d XPS光谱；g) 计算不同组分RuO₂、Mo_0.17Ru_0.83O₂、Mo_0.33Ru_0.67O₂和Mo_0.5Ru_0.5O₂的氧空位形成能；h,i) (h) RuO₂和Mo_0.5Ru_0.5O₂的OER四步DFT自由能计算和 (i) 速率决定步骤(RDS)的自由能；j) 较高Mo掺杂引起的RuO₂稳定性增强的示意图

这项研究提出了一种在氧气气氛下高温热冲击合成法（HTSO），用于制备具有增强的稳定性和在酸性介质中析氧反应（OER）活性的单相Mo_0.5Ru_0.5O₂纳米颗粒。为设计高效稳定的酸性析氧电催化剂提供了系统性启示：在方法学层面，其发展的“高温-短时-快淬”非平衡合成策略，成功克服了热力学驱动的相分离难题，为制备其它高熵或高掺杂固溶体氧化物开辟了可拓展的技术路径；在材料设计理念上，研究证实高浓度、高价位掺杂剂（如Mo⁶⁺）的晶格稳定化作用远优于传统低掺杂体系，通过电子转移与晶格锚定协同抑制活性位点过氧化与溶解，突破了RuO₂固有的“活性-稳定性”权衡瓶颈；在性能调控机制方面，工作揭示了掺杂元素的氧化态、离子半径与宿主晶格的匹配性是实现结构稳定与电子结构优化的关键，为理性筛选掺杂元素提供了明确的设计准则；在实际应用前景上，该催化剂在显著降低贵金属用量（Ru减半）的同时，实现了工业级电流密度下的长效稳定运行，展现了其迈向质子交换膜电解水等先进能源转换技术的巨大潜力。整体而言，本研究从合成突破、构效关系到机理阐释，形成了一套从材料创制到系统优化的完整研究范式，对高性能催化材料的开发具有普适性指导意义。