Advanced Energy Materials: 电荷转移调控电催化剂催化性能综述

电催化反应是众多新能源存储与转换器件的重要电极反应,电催化反应的性能直接决定着新能源器件的工作效率。电催化剂的催化性能受材料的电子结构影响,通过改变材料的电荷/电子结构能够直接改变电催化反应过程中中间产物的吸脱附,从而优化电催化剂的电催化性能。设计高活性的电催化剂,促进新能源存储与转换器件的商业化对于解决当前能源危机与环境污染等问题有着重要意义。设计开发非贵金属电催化剂对于促进新能源存储与转换器件商业化应用弥补当前能源短板有着重要意义。碳基电催化剂由于其优异的导电性、高比表面以及在酸碱中优异的稳定性使其作为电催化剂具有广泛的应用前景,受到了研究人员的广泛关注。

最近,湖南大学王双印课题组综述了碳基非贵金属催化剂电荷调控在电催化中的应用。通过从碳基电催化剂分子间电荷调控和分子内电子调控两方面来对碳基电催化剂催化性能调控进行了系统的总结与分析,同时对所面临的机遇与挑战进行了展望。

电荷转移过程发生在“电荷给体”和“电荷受体”之间,该过程可以由分子内的掺杂和者晶格重组(分子内电荷转移)产生或者发生在两个具有不同功函数的分子之间(分子间电荷转移)。电荷转移对电荷的调控能够有效的改变催化剂与反应物和中间产物之间的吸脱附,从而直接影响材料的电催化性能。碳材料的分子内电荷转移发生在碳材料面内,主要调控方式有杂原子掺杂、缺陷工程和金属单原子配位掺杂。除了分子内电荷转移调控,碳材料与其他具有不同功函数的电荷调控也能有效的调控催化剂的电催化性能,发生分子间电荷转移调控。典型的碳基材料分子间电荷调控主要有,碳材料分子掺杂、碳基非金属材料异质结和金属-碳异质结。

相关论文以“Charge transfer modulated activity of carbon-based electrocatalysts”为题,发表在Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.201901227)上。