Nano Select:一维纳米材料负载的金属单原子催化剂:合成、表征及应用

为了应对全球能源和环境危机,减轻我们对化石燃料的依赖,开发清洁、可持续的能源技术(例如:燃料电池、金属空气电池、电解水设备)势在必行。然而,这些能量装置通常涉及动力学迟缓的电化学反应,如氧还原反应(ORR)、析氧反应(OER)、析氢反应(HER)、二氧化碳还原反应(CO2RR)和氮还原反应(N2RR),因此,需要发展高效的电催化剂来加速这些电化学转变过程。金属单原子催化剂(MSACs)由于其最大化的原子利用率、高催化活性以及优良的选择性引起了人们的广泛关注。作为一种负载型的催化剂,载体的类型对于稳定金属单原子和提高催化性能起着关键作用。在众多候选材料中,一维纳米材料由于其独特的优势,被认为是MSACs的理想载体,如可控的表面物理化学性质、结构的可设计性、大的比表面积、高效的电子转移途径等。因此,近年来开发的由不同类型一维纳米材料负载的MSACs在广泛的电化学反应中显示出了高效的电催化性能,展现了在能源领域巨大的应用潜力。

最近,苏州大学的方剑教授等人在Nano Select上从合成、表征到电化学的应用全面综述了一维纳米材料负载的MSACs的研究进展。文章将金属单原子负载在一维纳米材料上的合成策略分为静电纺丝、混合热解、水/溶剂热、模板热解法,并对金属单原子的稳定机理进行了具体的阐述。讨论了用于表征和分析MSACs独特形貌结构及其电催化反应机理的先进表征技术和理论计算。文章还深入探讨了一维纳米材料负载的MSACs在包括ORR、OER、HER、CO2RR、N2RR以及双/多功能的电化学反应中的催化性能及其反应机理。最后,提出了一维纳米材料负载的MSACs制备存在的挑战和未来的发展趋势。作者希望这篇综述能够对研究人员合理设计和制备高性能MSACs以实现高效能量转换和存储提供启发。

论文信息:

One‐dimensional nanomaterial supported metal single‐atom electrocatalysts: Synthesis, characterization, and applications

Haoyue Zhao, Chuanxiong Zhang, Han Li, Jian Fang*

Nano Select

DOI: 10.1002/nano.202100083