作者基于水滑石变价离子排斥和金属氧化物固溶体理论，提出单分散高价难溶金属铌掺杂氧化钌的策略，利用铌与钌与氧相互作用的差异，从而加强氧化钌内部的电荷转移并削弱氧化钌的共价性。这一方面能够调控钌位点对析氧反应中间体的吸附，改善其析氧活性；更重要的是，这能够抑制晶格氧参与析氧和钌位点的过度氧化，最终提升氧化钌在大电流密度下的稳定性。最终，开发的Nb_0.1Ru_0.9O₂催化剂在比文献电流密度（10 mA cm^-2）大20倍的电流密度（200 mA cm^-2）下的电压衰减率仅为文献报道的1/100，有望取代铱基析氧催化剂的使用。

课题组通过溶胶凝胶法制备了具有不同铌含量（5%-30%）且均匀掺杂的氧化钌纳米颗粒，且铌的掺杂带来明显的晶格膨胀效应。特别地，Nb_0.1Ru_0.9O₂中的铌在晶格中处在单分散的状态，且体相和表面分布十分一致。

析氧性能测试表明制备的Nb_0.1Ru_0.9O₂具有最佳的析氧活性，其在10 mA cm^-2下的析氧过电势仅为204 mV，并且具有47.9 mV dec^-1的低塔菲尔斜率，优于大部分目前报道的钌基析氧催化剂。同时，Nb_0.1Ru_0.9O₂ 在200 mA cm^-2电流密度下的稳定性测试过程中的衰减率仅为25 μV h^-1，仅为文献报道的催化剂在10 mA cm^-2电流密度测试下衰减率的1/100。此外，以Nb_0.1Ru_0.9O₂ 作为阳极的PEM器件在300 mA cm^-2电流密度下能够稳定运行100小时。

长时间稳定性测试前后的X射线吸收近边光谱和X射线光电子能谱表征证明，单分散的铌位点掺杂引入了强相互作用的Nb-O键，不仅削弱了Ru-O键的共价性，提升钌位点电子密度，而且抑制了晶格氧参与氧气析出，消除了钌位点大电流密度下的过度氧化。此外，铌在OER过程中的氧化进一步降低了钌的价态，保证了催化剂在大电流密度下的稳定性。

DFT（Density Functional Theory）理论计算证实了铌的掺杂降低了Nb_0.1Ru_0.9O₂析氧反应速控步骤（*O+H₂O→*OOH+H⁺+e^-）的能垒。原位红外光谱观察到Nb_0.1Ru_0.9O₂析氧过程中的中间体*OO/*OOH的吸附峰位置（1132 cm^-1）相比于纯氧化钌特征中间体的*OO/*OOH的位置（1180 cm^-1）发生了红移，证实了铌掺杂增强钌位点对*OOH中间体吸附是OER活性提升的原因。宽电压范围的CV分析发现铌的掺杂有效减小了氧化钌中的Ru⁴⁺/Ru⁶⁺氧化还原峰的峰面积，同时在铌掺杂样品的CV曲线上Ru⁶+/Ru⁸⁺氧化还原峰的消失证实了铌掺杂抑制了钌位点的过度氧化，从而提升了其在大电流密度下的稳定性。

该研究不仅提出了单分散难溶金属掺杂氧化钌的设计思路，并揭示了它在提升氧化钌析氧稳定性方面的积极作用，也将指导后续一系列高稳定的金属掺杂氧化钌析氧催化剂的设计和优化。