太原科大刘一鸣教授、南信大耿东生教授Small综述：探索钼酸钴在电催化析氧领域的未来应用-基础认知与改性策略

第一作者：成伽润

通讯作者：吕超杰*，耿东生*，刘一鸣*

单位：太原科技大学，南京信息工程大学

全球能源危机与环境问题推动清洁能源转型，氢能作为零碳能源载体备受关注。电催化制氢是大规模制备高纯氢的核心技术，而阳极OER因动力学缓慢、能垒高，成为制约整体效率的关键瓶颈。传统贵金属催化剂（IrO₂、RuO₂）存在储量稀缺、成本高昂等问题，难以规模化应用。钼酸钴凭借地壳储量丰富、双金属协同效应显著、结构可塑性强等优势，成为替代贵金属的优选方向。然而，其固有导电性低、活性位点暴露不足、稳定性欠佳等缺陷，以及OER反应中多电子转移与多中间体转化的复杂性，限制了实际应用，亟需通过机理创新与结构优化突破瓶颈。

近日，来自太原科技大学的刘一鸣教授与南京信息工程大学的耿东生教授合作，在国际知名期刊Small上发表题为“From Fundamental Understanding to Modification Strategies of Cobalt Molybdates in Electrocatalytic Oxygen Evolution Reaction”的高水平综述。该综述聚焦钼酸钴（CoMoO₄）电催化剂在析氧反应（OER）中的研究进展。系统梳理了该类催化剂的反应机理、制备方法、性能评估体系及性能增强策略，明确了“结构优化-性能提升”的核心逻辑，为电催化制氢等新能源技术的发展提供关键参考。

本文构建了层次分明的分类体系，首次对钼酸钴基催化剂的三类析氧反应机理进行系统性整合，明确其基于电子结构调控与原子间距优化的机理可调性核心优势，为催化路径精准选择提供理论支撑。制备技术覆盖全面且深入，系统介绍了水热合成、共沉淀、溶胶-凝胶及固相合成四种主流制备方法的反应原理、关键工艺参数（温度、pH、反应时间等）及性能调控机制，厘清“制备参数-微观结构-催化性能”的构效关系，为目标导向的催化剂精准制备提供技术参考。性能评估体系科学完备，建立了以过电位、塔菲尔斜率、电化学双层电容、电荷转移电阻、周转频率及长期稳定性为核心的多维度评价指标体系，结合密度泛函理论计算与原位表征技术，从原子尺度揭示催化剂电子结构、微观形貌、缺陷状态与催化性能的内在关联。性能增强策略导向明确，提出电子结构调控、表面重构优化、宏观结构调控三大核心技术路径，涵盖元素掺杂、氧空位工程、异质结构建、原位生长、形貌调控等实用化改性策略，形成“原子级调控-表面动态优化-宏观结构设计”的全维度性能提升体系。研究视角兼具前沿性与实用性，聚焦工业应用关键需求，针对高电流密度工况下的稳定性强化、低能耗规模化制备工艺开发等核心问题，提出清晰的后续研究方向与技术路线，为钼酸钴基催化剂从实验室研究走向工业化应用提供重要指导。

制备方法相关图展示不同工艺下钼酸钴的微观形貌，如水热法制备的多孔纳米片、共沉淀法合成的异质纳米复合材料，通过结构表征与性能数据关联，体现 “制备参数-微观结构-催化性能”的调控规律。性能评估图包含极化曲线、塔菲尔图、交流阻抗谱等核心电化学测试结果，结合DFT计算的自由能曲线与电荷密度分布图，量化活性位点电子结构、中间体吸附能与催化活性的关系；原位表征图实时捕捉反应过程中钼酸钴的表面重构与电子态变化，证实CoOOH等活性物种的形成机制。性能增强策略总结图系统梳理元素掺杂、氧空位工程、异质结构建等策略的作用机制，通过对比优化前后的结构特征与性能参数，明确“电子调控-结构优化-性能协同提升”的核心逻辑，为高效催化剂设计提供直观指导。

本文系统综述了钼酸钴基催化剂在析氧反应中的研究进展：通过催化机理的创新性解析，明确其多路径可调的核心优势；借助水热合成、共沉淀、溶胶-凝胶及固相合成等多元制备技术，实现催化剂微观结构的精准调控；依托电子结构调控、表面重构优化及宏观结构设计三大核心策略，有效突破材料固有导电性低、活性位点暴露不足及稳定性欠佳等瓶颈，在电化学水分解制氢、金属-空气电池等能源转换系统中展现出显著的应用潜力。未来研究将聚焦三大核心方向：机理层面，揭示催化过程中活性位点的动态演化机制，建立密度泛函理论计算与实验数据的定量关联；材料创新层面，致力于开发高熵合金、双原子协同催化体系，提升催化剂在高电流密度下的长效稳定性；技术融合层面，推动催化剂与电解槽、储能器件的集成化设计，优化界面电荷转移效率与兼容性，降低规模化应用的综合成本。

From Fundamental Understanding to Modification Strategies of Cobalt Molybdates in Electrocatalytic Oxygen Evolution Reaction

刘一鸣教授简介：太原科技大学化工学院院长，工学博士，教授，研究员，博士生导师，山西省青年拔尖人才，山西省学术技术带头人，山西省三晋英才拔尖骨干人才。山西省光电纳米催化应用工程研究中心主任、催化转化能源耦合山西省重点实验室执行主任。科研方面主要从事光电催化、二氧化碳转化、生物质绿色制备及功能材料等方面的研究。发表论文120余篇，其中以第一作者和通讯作者在Adv. Funct. Mater、Nano Energy、Chemical Engineering Journal、ACS Catalysis、Fuel等发表SCI收录文章120余篇；主持和参与各类项目30余项，其中主持国家自然基金（面上）3项、国家自然基金（联合基金）重点项目1项、山西省重点研发计划项目、山西省优秀人才创新计划项目、山西省基础研究计划联合资助项目等省级项目8项；获得山西省科学技术奖二等奖3项，三等奖2项。

耿东生教授简介：教授、博士生导师。新能源器件与界面科学江苏高校重点实验室主任；2015 年获得国家重大人才工程青年项目；先后入选美国科睿唯安全球高被引科学家榜单（交叉学科领域，2018）；斯坦福大学公布的全球前2%顶尖科学家年度科学影响力榜单（2022、2023、2024）以及职业生涯科学影响力榜单（2023、2024）。累计在国际权威期刊共发表论文近130余篇（包括Nature Commun., Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater., Mater. Today, ACS Nano等），总引用12000多次（单篇最高被引1260次），H因子50，授权发明专利6项。2014年，受欧洲科学基金委邀请，作为欧盟石墨烯旗舰项目的函评及会评专家；接受英国皇家化学会邀请，2019年以第一主编出版《Layered Materials for Energy Storage and Conversion》英文专著。工作经历涵盖多国（加拿大、日本、新加坡、中国）大学、国家研究院，长期致力于能源转化相关的新型功能材料与器件等前沿领域研究。作为项目主持人及核心成员，完成了基础研发和大型工业合作项目十余项。研究领域涵盖下一代燃料电池技术的研发；电动汽车应用的先进储能材料、电池装置及解决方案；煤基碳量子点的光电催化应用研究等。

成伽润简介：太原科技大学化学工程与技术学院讲师。2024年于北京科技大学获博士学位，同年加入太原科技大学催化转化能源耦合山西省重点实验室团队。研究方向聚焦于纳米材料和电化学能源存储方面，近年来在Appl. Catal. B Environ.、Coord. Chem. Rev.、Nano Energy、Small、Carbon Neutral.、Chem. Eng. J.、ChemSusChem等国际主流期刊发表SCI学术论文30余篇，授权/申请专利10余项。

催化转化能源耦合山西省重点实验室于2023年12月由山西省科学技术厅批准筹建。实验室现有固定人员52人，40岁以下青年人才占比90%以上。其中高级职称10人，博士28人，硕士15人。该实验室由太原科技大学、西安交通大学和山西永鑫能源集团有限公司三家机构联合共建。这一实验室的建立，汇集了三方的优势资源和力量，致力于破解关键技术难题，实现协同创新。实验室将针对光电热化学能相互转化催化过程的关键技术与工程问题进行深入研究，特别关注光电解水储制氢及其化学品、二氧化碳还原制碳氢燃料、功能碳材料催化能源转换和存储等关键材料工程化开发、关键器件设计研制、性能试验研究等领域。实验室将以工程化技术为引领，推动学科交叉融合发展，构建一流的催化转化能源耦合技术研发与集成示范平台，使实验室成为催化转化能源耦合技术领域的国际领先研发基地和开放的技术服务平台。