鄒吉軍/黃振峰Adv. Sci.:析氫電催化劑用于水分解的最新進展

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對化石燃料的過度依賴導致了大部分CO2排放,影響了氣候變化。一種有前途的化石燃料替代品是綠色氫氣,它可以通過可再生電力的水電解來生產。然而,目前研究的析氫電催化劑的種類和復雜性增加了催化理論、催化劑設計和制備以及表征方法的整合難度;诖,天津大學鄒吉軍教授和黃振峰教授(共同通訊作者)等人報道了包括貴金屬和過渡金屬在內的先進電催化劑對HER的內在效應和外在效應的最新進展。

在文中,作者首先簡要介紹了HER的熱力學和動力學,以及HER的傳統和新型的描述符。然后,深入探討了基于內在和外在效應對電催化劑的合理設計、制備、機理理解和性能提升。接著,進一步簡要總結了質子交換膜(PEM)和陰離子交換膜(AEM)水分解技術的最新進展。最后,提出了HER的挑戰和前景。作者希望這篇綜述可以為更先進的水分解電催化劑的設計和開發提供有價值的指導和進一步的見解。
未來的一些發展方向:
1)對堿性條件下的機理進行深入、系統的研究;
2)通過海水分解制氫,避免使用有限的淡水資源;
3)應大力開發用于水電解制氫的低含量Pt或無Pt催化劑;
4)高效HER電催化劑的開發應滿足工業中對高電流密度和溫度的要求;
5)應優先考慮催化活性位點的準確識別和表征,以便在原子水平上了解催化機理并設計有針對性的電催化劑;
6)人工智能、機器學習和高通量理論計算等新興技術也被用于發現新的高級描述符,從而促進催化劑設計策略的發展。
Rational Design of Better Hydrogen Evolution Electrocatalysts for Water Splitting: A Review. Adv. Sci., 2022, DOI: 10.1002/advs.202200307.
https://doi.org/10.1002/advs.202200307.


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