Small Methods: 异质原子掺杂:一种调控非贵金属基析氢催化剂电子结构的策略

电解水制氢是一种降低碳排放、获得可再生能源的有效手段。然而,迟缓的电极反应动力学和昂贵的电催化剂极大地制约了其商业化应用。非贵金属基催化剂由于其丰富的储量及价格优势,受到研究者的广泛关注。电子调控策略可实现催化剂电子态、能带结构及氢吸附能的精准调控,从而提升非贵金属基催化剂的析氢性能。特别是,异质原子掺杂对于催化剂电子结构的调控及本征活性的优化具有显著作用。近年来,异质原子(包括系列金属原子、非金属原子)掺杂非贵金属基催化剂在电催化析氢领域的应用取得重大突破,成为催化领域的一个重要研究方向。

日前,杭州电子科技大学王静博士与澳大利亚昆士兰科技大学孙子其教授等人系统总结了近年来异质原子掺杂非贵金属基析氢催化剂的研究进展。该综述基于金属元素(Fe、Co、Ni、Mn、Cu、Pt等)掺杂和非金属元素(N、P、S、B、O等)掺杂的非贵金属基析氢催化剂,从催化剂的电子结构、导电性、缺陷位、亲疏水性、反应机理等方面详细地阐述了该类催化剂的活性起源,并深入讨论了掺杂效应-催化剂电子结构-催化性能的关系规律。此外,该综述亦探讨了异质原子掺杂非贵金属基析氢催化剂所面临的问题和挑战。同时,针对掺杂原子局域结构的不明确、催化过程中活性组分的原位变化、高效掺杂催化剂的筛选、析氢反应与扩散的强化等方面提出可行性策略。该综述将为掺杂催化剂的理性设计及性能研究提供指导。

相关论文在线发表于Small Methods期刊(DOI:10.1002/smtd.202000988)。