王定胜AM综述：单原子催化剂中的金属-载体电子相互作用及其在电催化中的应用

Nanoyu

2020-11-01

金属-载体电子相互作用（EMSI）作为理论电子研究和多相催化剂设计之间的桥梁，引起了人们的广泛关注。而利用金属与载体之间的相互作用，通过结构和协同促进，是提高电催化效率的最基本的策略之一。迄今为止，作为实现EMSI的理想模型，人们已经开发出多种类型的单原子催化剂（SACs）。因此对SACs上的电子相互作用的认识也被推向了一个更高的水平。

近日，清华大学王定胜教授对EMSI的类型、表征、机理及其电催化应用进行了较为全面的综述。

文章要点

1）作者首先从形成，种类（碳掺杂金属（M–dN）、过渡金属化合物（M–TMCs）以及金属-金属（M–M））对EMSI进行了概述。

2）为了深入研究SACs的电子态和EMSI，人们发展了许多表征方法，迄今为止，EMSI的表征主要包括扫描透射电镜（STEM）表征某些情况下的形貌和电子密度，X射线光电子能谱（XPS）和X射线吸收光谱（XAS）表征电子态，以及用于研究EMSI对反应活性的影响的化学探针等。这些技术从不同的角度对EMSI进行了研究，因此加深了对SACs的理解。

3）作者总结了EMSI在析氢反应（HER），析氧反应（OER），氧还原反应（ORR），CO₂还原反应（CO₂RR）以及氮还原反应（NRR）中的应用。除了上述电催化反应外，有机电催化反应也是EMSI应用的一个潜在领域。由于EMSI和电化学产生的灵活的电子结构，SACs可以为不同的有机分子提供特定的反应状态，这可能有助于有机化合物的选择性生产。

4）目前制备SACs的挑战主要在于抑制聚集趋势。为此，人们已经付出了大量精力，其中金属与载体之间的相互作用是使用最广泛的策略之一。通常认为EMSI的影响是活动位点电子结构的变化，但稳定作用是EMSI的最基本影响。同时作为EMSI的另一作用，电子结构的调节对于催化效率至关重要。其在电催化领域，可以分为加速电子转移，共催化以及活化效应，并均与d带理论有关。

5）作者最后提出了SACs上EMSI面临的挑战、机遇和未来的发展方向，为以后的研究提供了一个总体的观点和参考。

Jiarui Yang, et al, Electronic Metal–Support Interaction of Single-Atom Catalysts and Applications in Electrocatalysis, Adv. Mater. 2020

DOI: 10.1002/adma.202003300

https://doi.org/10.1002/adma.202003300