Advanced Energy Materials: 自支撑贵金属泡沫在电催化与它领域中的应用进展

许多能源相关应用与电催化反应息息相关,例如燃料电池涉及电催化氧气还原(ORR)、醇类氧化过程;锂-空、锌-空电池涉及ORR过程;电催化水分解涉及析氢(HER)、析氧(OER)过程,等等。因此,构建高效电催化剂,对能源相关领域的应用具有重现实意义。贵金属泡沫(NMFs)作为新发展起来的一类多孔材料,因其广阔的应用前景,尤其在电催化领域超高的性能,为发展高性能电催化剂带来了新的研究视角。

最近,德累斯顿工业大学A. Eychmüller课题组综述了NMFs材料的研究现状,涵盖了合成方法与应用领域,重点阐述了其在电催化领域的材料设计与应用性能。此外,讨论了这一材料面临的挑战和未来发展方向。

贵金属泡沫是以贵金属为骨架构筑的一类多孔的三维网络材料,在电催化、传感、有机异相催化、表面拉曼增强光散射等等领域具有广阔的应用前景。相比于传统非金属、过渡金属以及贵金属纳米粒子等,NMFs在电催化方面展示出无与伦比的优势,在保持结构稳定性的同时兼具极高的催化活性,通常远优于商业化贵金属催化剂(如Pt/C, Pd/C)和非贵金属材料。由于许多电催化反应与能源应用密切相关(如金属-空气电池、燃料电池、全水分解等),故NMFs在这一领域具有重要研究价值。NMFs的合成路线包括去合金化法、模板法、燃烧合成、溶胶-凝胶法等,其中以去合金化法与溶胶-凝胶法最为常见。结合贵金属与泡沫两者的特点,NMFs兼具丰富的催化活性位点、高效物质/电子传输通道、稳定的三维网络结构等特点,故在电催化、有机异相催化、表面增强拉曼散射(SERS)、储氢、传感、自驱动器件等方面获得了广泛应用;尤其在电催化领域,其活性与稳定性通常优于商业化贵金属催化剂或目前报道的各类催化剂(非金属、过渡金属等)。但是,NMFs领域仍存在许多挑战,例如对组成、结构参数的任意调控,发展原位表征方法以研究制备机理,寻求提高材料力学性能的方法,以及系统研究重要应用领域的构效关系等。相关论文以题为“Engineering Self-Supported Noble Metal Foams Toward Electrocatalysis and Beyond”发表在Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.201901945)上。