Advanced Functional Materials :用于评价电催化反应的描述符——d带理论及其他

通过可再生电力驱动的电化学反应可以实现碳循环、氮循环以及氢循环的完美闭环,进而缓解人类社会面临的经济和能源危机,实现人类社会的持久繁荣。而用于链接材料物理化学性质和其催化性能的描述符可以作为催化剂理性设计的重要指导。关键中间体的吸附能可以通过不同描述符的变化得以优化。目前电催化反应中常用的描述符主要有:d带中心、氢中间体吸附能、配位数、键长等。近年来,研究者对基于描述符的电催化剂的优化策略进行了大量的研究和发掘工作,取得众多进展。

有鉴于此,近日,湖南大学材料科学与工程学院黄宏文教授、河南大学材料学院焦世龙博士系统总结了近几年用于催化剂理性设计的描述符的相关进展。

在本篇综述中,作者对基于描述符的催化剂的优化策略进行了系统的总结。同时对这些催化剂应用于含C、H、N等元素的小分子的催化转化反应的近期进展进行了总结。首先作者对高效催化剂设计的相关背景进行了简要介绍。进而,以广泛应用于各种催化反应的d带中心为重点,对催化理论以及d带理论进行介绍。之后,作者系统总结了以d带中心作为主要描述符的催化剂的设计策略和近期进展。然后作者对目前应用于电催化反应的其他描述符进行了详细的总结和评价,最后,作者对该领域存在的挑战和机遇进行了展望。

图1. 描述符作为催化剂物理化学性质与其催化性能之间的桥梁。

本工作得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金等的大力支持。

导师介绍

黄宏文,男,1986年10月出生于湖北省黄冈市。2015年在浙江大学材料科学与工程学院获工学博士学位,师从叶志镇院士。期间赴美国佐治亚理工学院进行博士联合培养项目,师从夏幼南教授。现任湖南大学材料科学与工程学院教授,博士生导师,湖湘青年英才、湖南省优青、湖南大学教师新人奖获得者。目前主要从事于能源转换技术中关于高效催化剂的研究,尤其关注氢燃料电池催化剂的开发。至今发表SCI学术论文57篇,其中包括在J. Am. Chem. Soc.(3篇),Angew. Chem. Int. Ed.(2篇),Nano Lett.(3篇),Adv. Mater.(1篇), ACS Nano(1篇),Adv. Funct. Mater.(2篇)等际顶级学术期刊发表一作/通讯论文35篇;已授权国家发明专利6项;主持国家自然科学基金联合基金、湖湘青年英才、湖南省优青等研究项目7项;担任纳米领域重要期刊Nano Research的青年编委;担任国家自然科学基金评审专家以及J. Am. Chem. Soc.Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed.等期刊的审稿人。

论文信息:

Descriptors for the Evaluation of Electrocatalytic Reactions: d-Band Theory and Beyond

Shilong Jiao*, Xianwei Fu, Hongwen Huang*

Advanced Functional Materials

DOI: 10.1002/adfm.202107651

原文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202107651