Small Methods:过渡金属材料结构设计用于高效电催化反应研究进展

由于传统化石能源的过度使用所造成的环境污染和能源危机问题日益威胁着当今人类社会的生存与发展,开发下一代清洁可再生能源系统受到人们越来越多的关注。电化学能源存储和转换系统,例如燃料电池,金属空气电池,电解水器件以及二氧化碳还原技术成为应对环境和能源危机的重要手段。由于此类系统中所涉及的电化学反应的动力学惰性,电催化剂的性能成为影响能源与转换器件最终性能的最重要因素。铂、钌、铱、金等传统贵金属催化剂虽具有优异的催化性能,但其高昂的价格、过低的储量以及较差的运行稳定性严重限制了其在新一代电化学能源系统中的广泛应用。近些年来,为了降低对贵金属电催化剂的依赖,开发以过渡金属为基础的电催化剂用于电化学反应引起了研究者们的广泛关注。

通过对近年研究工作的分析和总结,湖南大学王双印教授与新加坡南洋理工大学王昕教授合作在名为“Rational Design of Transition Metal-Based Materials for Highly Efficient Electrocatalysis”的综述文章中,系统总结了对于过渡金属电催化剂的常见设计方案及其获得高催化活性的原理。该综述文章从创造更多催化活性位点、提高活性中心利用率、调节材料电子构型、提高导电性、以及控制材料晶面生长等方面,详细阐述了合理地材料设计对于提高材料电催化活性(电催化氧还原ORR、氧析出OER、氢析出HER、二氧化碳还原CO2RR等)的重要作用及原理。文章为研究者们在过渡金属电催化材料设计方面提供了深刻指导作用。文末,作者对过渡金属电催化剂研究未来的发展趋势以及相应的机遇和挑战进行了展望,为其在新一代能源存储和转换系统中的应用提供了参考。

该综述文章“Rational Design of Transition Metal-Based Materials for Highly Efficient Electrocatalysis”在线发表在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201800211)上。

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