Science综述：电催化四大反应中的材料设计！

全球人口不断增加，能源需求日益扩大，气候变化和环境问题日益严重，如何保护我们赖以生存的地球家园，不可谓不迫在眉睫！

 

 

图1. 未来能源

 

和可再生能源相结合，电催化能源转化和存储技术是取代化石能源，减少排放，获取高价值化学品的重要途径。其中，电催化剂材料是电催化能源转化和存储的核心，起到了提高转化效率和选择性的作用。

设计和发展新型电催化剂，是目前电催化能源转化的当务之急！

 

图2. 能源转化路径

 

有鉴于此，Thomas F. Jaramillo课题组综述了近年来电催化四大反应（HER, HOR, ORR, OER）电催化剂的重要发展，从理论计算和实验两方面讨论了如何设计更好的电催化剂。

 

 

图3. 电催化剂发展策略

 

过去十年以来，以水、H₂、O₂为主的电催化转化过程获得了大量进展，理论和实验的结合使研究人员对电催化的机理的理解得到了进一步加深。HER近年来在非贵金属酸性体系取得了去多重大突破性成果，ORR和OER催化剂也进展颇大。

 

 

图4. HER电催化剂

 

图5. ORR电催化剂

 

 

图6. OER电催化剂

 

通过催化剂剂材料设计，提高活性位的数量，或者提高活性位的本征活性，是提高电催化能源转化的2大基本策略。而理论结合实验，也成为了催化剂材料设计的趋势。

总之，通过理论计算和实验评价的有机结合，加深对电催化机理的理解，控制设计更高活性、选择性和寿命的电催化剂，是未来全面实现可持续能源的重要期待……

 

 

图7. ORR微动力学模拟

 

图8. 其他电催化反应

 

 

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Zhi Wei Seh, Thomas F. Jaramillo et al. Combining theory and experiment in electrocatalysis: Insights into materials design. Science 2017, 355.