Small Structures:高活性非晶催化剂在电催化分解水领域研究进展

能源和环境问题已经成为人类持续发展面对的最大挑战,发展绿色环保的可再生能源无疑是科技发展的当务之急。其中,环境友好且能量密度高的氢气被认为是化石能源的理想替代燃料,电解水更被认为是有效制氢的方法之一。然而电解水过程中的阴极析氢反应 HER) 与阳极析氧反应 (OER)需要较高的过电位,严重限制了产氢效率。因此,探寻新型高效稳定的电催化剂是电解水产氢亟需解决的问题之一。

目前的催化剂可分为两类:非晶态与晶态催化剂。相较于晶态材料,非晶材料原子排列虽然短程有序,长程无序,配位不饱和度高,有利于反应物的吸附。此外,非晶催化剂成分可在大范围内进行调节,具有更多的催化活性位点。非晶态结构灵活多变,能够促进活性位点与反应中间体之间的电荷转移,表现出更为优异的电催化分解水性能。迄今为止,科研工作者大多致力于研究晶态催化剂,对非晶态催化剂的研究相对较少。

鉴于此,陕西师范大学刘生忠教授团队详细地总结了非晶态催化剂在电解水方面的研究进展。具体包括 1):从两个半反应 (HER和OER) 系统地介绍了电催化分解水反应机理,重点总结了近年来析氧反应的一种新机制-晶格氧机制 (lattice oxygen-mediated mechanism, LOM),涉及O-O键之间的直接耦合,具有更高的电催化析氧性能;2) 从理论和实验两个角度讨论了电催化分解水性能评价参数;(3) 概括了不同非晶催化剂在析氢反应、析氧反应及全解水中的研究进展;(4) 从催化剂设计与筛选、原位与非原位表征及非晶催化剂在其他电化学储能领域的应用进行了总结与展望。

作者相信,该篇综述对理解非晶催化剂和电解水之间的构效关系具有重要意义。目前论文已在线发表在 Small Structures (10.1002/sstr.202000096)。论文第一作者是翟逸玥。