邵宗平/周嵬AFM: 设计用于电化学水分解的高价金属位点

雨辰

2021-02-18

电化学水分解是生产清洁，可持续的氢气的关键能量转化过程。该方法依赖于低成本，高活性和持久的析氧反应/析氢反应电催化剂。金属阳离子（包括过渡金属和贵金属阳离子），特别是具有高催化活性并可作为电化学过程中主要活性位点的高价金属阳离子，因此在开发电催化剂方面受到了特别的关注。

有鉴于此，南京工业大学邵宗平教授和周嵬教授等人，介绍了基于高价金属位点的非均相电催化剂设计策略，并总结了用于水分解的相关材料。

本文要点

1）重点讨论了高价金属位点，相/电子/缺陷结构的调制以及性能改进策略。特别是，强调了在电化学过程中使用先进的原位技术跟踪真正的高价金属基活性位点的重要性。还提出了研究中存在的问题和未来的研究方向。

2）高效的OER/HER电催化剂在水分解技术（作为氢能源生产的一种手段）中得到广泛应用。高价过渡金属基体系作为提高过渡金属基和贵金属基电催化剂对OER和/或HER的催化效率的有效策略，已引起了人们的极大兴趣。综述了贵金属、钴金属、镍金属、铁金属、早期过渡金属和非3d过渡金属基电催化剂在水分解中的最新研究成果和认识。此外，还强调了含有高价金属位点的表面活性组分在电化学过程中由结构的自重构产生的影响。尽管高价金属位电催化剂的研究取得了广泛的进展，但这些催化剂的效率仍有很大的提高空间。

3）非3d过渡金属还是能量转换和存储系统中涉及的其他关键反应（例如N₂RR）的活性位点。各种固氮酶中的过渡金属中心（主要是Fe和Mo）是自然环境中固定N₂的活性中心。受此启发，Mo基纳米材料作为N₂RR的电催化剂受到了广泛关注。W基纳米材料的结构类似于Mo，并且已经成为HER的优良电催化剂。因此，高价的W衍生材料有望对N₂RR表现出优异的催化活性。

总之，该工作对含高价金属位点的电催化剂进行了全面的探讨，希望对进一步探索用于水分解和其他与能源相关的反应的高级电催化剂具有指导意义。

参考文献：

Hainan Sun et al. Designing High‐Valence Metal Sites for Electrochemical Water Splitting. Advanced Functional Materials, 2021.

DOI: 10.1002/adfm.202009779

https://doi.org/10.1002/adfm.202009779