面向电解水的一维纳米材料电催化剂

advs270-gra-0001-m随着化石能源的快速消耗和与之带来的全球气候、环境的迅速恶化,发展清洁、可再生能源成为当今科研和应用技术领域的重要关注问题。在多种清洁能源中,氢能因其作为一种能量密度高并且环境友好的能源形式,一直受到人们的关注。然而,目前获取氢气的主要方式大多仍然会带来二氧化碳的排放。直接从电分解水获得氢气是一种无污染的获取氢能的方式,然而目前仅占氢能来源的4%。限制其发展的主要原因,是由于电解水的两个半反应——水的还原产氢反应(HER)和氧化产氧反应(OER),分别需要优良的电催化剂以降低水分解的过电势。目前主要的高效催化剂还是依赖于贵金属及其氧化物等,其价格昂贵,难以广泛投入使用。因此,发展具有高效、廉价的电解水催化剂,以获得较高的催化效率和稳定性,是发展分解水制氢研究和应用的关键。

围绕该领域在近年的研究发展热点,复旦大学先进材料实验室和化学系的郑耿锋教授课题组综述了利用一维纳米材料作为电解水催化剂的研究工作。一维纳米材料因其具有高比表面、丰富的表面化学反应位点、高的电荷传输性能、以及有利于水分子和生成的气体分子的快速扩散,近年成为电解水催化剂的重要材料选择之一。该综述首先从基础原理出发,介绍了电分解水催化剂工作的基本规律。接着,该综述对水的还原产氢反应和氧化产氧反应的电催化剂进行分别介绍,并着重围绕金属基材料和非金属的碳基材料的一维纳米材料进行详细讨论。进一步,该综述介绍了近年的可同时作为产氢、产氧的双功能电催化剂的研究进展。最后,作者对该领域研究目前仍存在的挑战,与将来可能进一步发展的方向进行了分析和预测。

以上成果已于近期发表在Wiley旗下的Advanced Science(DOI: 10.1002/advs.201600380)