针对全球气候变化和传统化石能源供需矛盾凸显等问题,全球各主要国家的能源结构逐步从高污染的化石能源体系向环境友好的可再生能源体系过渡。因此,以质子交换膜（PEM）电解水制氢技术为代表的电化学能源存储与转化技术,因其能有效解决可再生清洁能源间歇性供能缺陷且兼具环境友好特性,引起了全球性的广泛关注。然而,由析氧反应（OER）催化性能所主导的电解水制氢能耗问题,导致PEM电解水制氢的技术经济性仍无法满足大规模市场化要求。目前,IrO2为代表的贵金属OER催化材料虽然稳定性较高,但催化活性十分有限,因此,开发兼具高稳定性和高活性的酸性OER催化剂,是攻克PEM电解制氢技术商业化瓶颈的核心关键。针对这一挑战,本文基于具有酸性稳定性的MnO2纳米材料进行了系统性研究工作,结合原位生长策略和阳离子交换策略,在MnO2纳米材料表面实现原子级Ru组分修饰,成功实现高性能酸性OER催化剂的构建,具体研究内容如下:（1）我们以高锰酸钾为锰源,采用一步水热法策略,利用高锰酸钾与碳的氧化还原反应在碳材料表面生长二氧化锰晶核,从而实现了纳米二氧化锰晶体在高导电性碳纸基底表面的原位生长。二氧化锰材料具有多种晶相结构,且不同晶相二氧化锰之间的相转变过程与晶体表面自由能直接相关。水热反应过程中,溶液中H+和碱金属K+在多晶型氧化锰成核、生长过程中通过表界面吸附,可有效调控晶体表面自由能,从而对二氧化锰晶型结构起有效调节作用。因此,我们通过调控反应体系中KMnO4和H2SO4的浓度配比,实现了不同晶型二氧化锰（α-MnO2、β-MnO2和δ-MnO2）的可控合成,并进一步优化α-MnO2的生长条件,获得了高比面积的α-MnO2晶体纳米线。通过研究晶相结构对OER催化性能的影响,发现α-MnO2表现出了最佳的OER催化特性,这主要是因为其拥有较高的电化学比表面积与独特的Mn配位环境,相比其他晶型的二氧化锰材料,对于OER反应中间体吸附能强度较为适中。（2）我们进一步利用一步阳离子交换法,将高活性钌（Ru）组分有效分散在α-MnO2纳米晶表面,提升材料析氧反应性能。形貌结构表征结果证明Ru组分以原子级单分散结构负载于MnO2纳米晶表界面。电催化性能表征结果表明,优化后的4.2 wt.%Ru/MnO2催化剂在10 m A cm-2电流密度条件下的反应过电位仅为128 m V,远优于商业Ru O2催化剂。其110小时以上的长周期稳定性测试结果,也证明了该催化剂在酸性反应体系中的优越电化学稳定性。XPS表征结果分析表明Ru-Mn间存在电子相互作用,可有效调节Ru对反应中间体的吸附能,增强催化剂本征催化活性。而其优异的催化稳定性则可归因于析氧反应过程中MnO2载体与钌元素间的阳离子交换反应对钌元素溶解的有效抑制作用。电化学表征分析结果,也侧面印证了优化后的4.2 wt.%Ru/MnO2催化剂在OER反应过程中遵循晶格氧反应机制（LOM）。