孙瀚君教授、唐亚文教授AEM综述：基于调控析氢反应中间体的电催化剂的设计

第一作者：张嘉晨

通讯作者：唐亚文*，孙瀚君*

单位：南京师范大学

电解水制氢对发展氢能源起着重要作用。开发高效的电催化剂对于加速反应动力学和实现大规模水电解至关重要。尽管过去几十年来在氢析出反应（HER）电催化剂的设计上已经取得了显著进展，但对于活性增强的讨论（特别是与活性中间体相关）缺乏全面认识。近些年来，随着先进表征技术和理论计算的发展，优化反应中间体与活性位点之间的相互作用被证明是提高固有催化活性的有效策略。本文介绍了以HER反应中活性中间体为导向进行电催化剂设计的最新进展，并侧重讨论了通过调节反应中间体和活性位点之间的相互作用来提高催化活性的策略。最后，对基于调节反应中间体开发电催领域未来挑战和前景进行了讨论。

近日，来自南京师范大学的孙瀚君教授和唐亚文教授在Advanced Energy Materials上发表题为“Electrocatalysts Design Guided by Active Intermediates of Hydrogen Evolution Reaction”的观点文章。该文章主要介绍了以HER反应中活性中间体为导向进行电催化剂设计的最新进展，并侧重讨论了通过调节反应中间体和活性位点之间的相互作用来提高催化活性的策略。

根据反应环境pH值的不同，可以通过H⁺或H₂O还原得到H₂。虽然在不同的反应介质中，反应途径是相似的，但在HER过程中，它们的中间体表现出显著的差异。在酸性介质中，通常我们认为H可以作为唯一的活性中间体并可以直接从电解液中的H⁺获取，其吸附强度和在活性位点上的覆盖度共同决定了催化活性；在碱性介质中，由于缺乏H⁺，因此需要克服额外的H₂O解离能垒来获取H，这导致了在碱性介质中的质子供应较为缓慢，整体的H覆盖度较低，除此以外，H₂O解离生成的H/OH也对碱性HER活性起到了重要的作用，其吸附强度过高/过低均不利于反应的进行；在中性介质中，根据电解液的类别（缓冲体系，非缓冲体系），其涉及的中间体也所有区别，在非缓冲体系中，其整体的历程/涉及的中间体与碱性介质中相似，在缓冲体系中，低电流运作下，H消耗较为缓慢，其可以从电解液中直接获取，而在高电流运作下由于电解液中H⁺含量较少，仍需通过H₂O解离获取。因此，尽管在不同环境的电解液中其反应路径类似，但其涉及到的关键活性中间体仍存在差异。

为了提高HER反应的活性，本文中针对不同的反应中间体，提出了多种有效策略，主要集中在改善中间体与活性位点中间的相互作用及覆盖度。如针对活性中间体H，总结了通过优化载体，化学掺杂，调节材料内在的物理化学性质（如晶面，体相等）来提高活性；针对活性中间体H₂O，归纳了通过构建水解离位点，调节局部反应微环境，构建内置电场等策略来降低水解离能垒，从而提供更多的H用于后续反应；针对活性中间体OH，我们详细讨论了其对HER活性的影响，同时总结了一些优化策略来优化OH对活性物种的吸附强度。

要点三：前瞻

尽管在基于调控析氢反应中间体的电催化剂的设计上已取得众多进展，但在准确评估这些中间体的相互作用方面仍然存在挑战。此外，不同活性描述符之间关系的仍存在争议。尽管如此，反应中间体的调控对HER活性的影响是毋庸置疑的，相信这可以为设计更多高活性的催化剂提供新的思路。

Electrocatalysts Design Guided by Active Intermediates of Hydrogen Evolution Reaction

唐亚文 教授简介：南京师范大学教授，博士生导师，南京师范大学化学与材料科学学院院长、中国化学会理事、江苏省化学化工学会理事、江苏省电化学专业委员会主任、江苏省新型动力电池重点实验室主任、江苏省氢燃料电池汽车产业研究中心委员、江苏省教育学会化学教学会理事长。主要研究方向为能源材料、电化学。在Angew、Adv Mater、Adv Energy Mater、Adv Funct Mater、Nano Lett、Nano Energy、ACS Nano、Chem Sci等期刊发表SCI论文300余篇，H因子65；申报和授权国家发明专利36件；主编教材/专著3部；主持国家863项目和国家自然科学基金项目等8项，省部级4项；获江苏省教学成果二等奖两项，省科学技术奖两项。南京师范大学奕熙精英教师奖、教书育人奖、师德先进个人奖获得者。

孙瀚君 教授简介：南京师范大学教授、江苏特聘教授、博士生导师。研究领域为催化化学，主要从事共轭材料在光/电催化、类酶催化、能源转换等领域的研究。主要研究方向集中于光/电催化，类酶催化。迄今为止，共发表SCI论文50余篇，以第一/通讯作者发表论文25篇，包括6篇Angew. Chem. Int. Ed.、3篇Adv. Mater.、1篇 Acc. Chem. Res.，其中6篇ESI高被引论文，总被引6000余次，h因子29。参编学术专著一部。主持/承担国家自然科学基金项目、国家重点研发计划青年科学家项目，江苏省自然科学基金等项目。自2020年起连续四年入选斯坦福大学全球前2%影响力科学家，获吉林省自然科学一等奖一项（排名第三）。

孙瀚君博士，南京师范大学教授、江苏特聘教授、博士生导师（详见http://hky.njnu.edu.cn/info/1184/6736.htm）。目前，课题组拥有模拟太阳光源、紫外可见光谱仪（配漫反射测试组件、温控组件）、电化学工作站（三台）、 旋转环盘电极、气相色谱、旋转蒸发仪、高速离心机等仪器设备，具有完善的光电催化材料制备和测试条件。团队经费充足，承担科技部重点研发青年科学家项目、国家自然科学基金项目、江苏省自然科学基金项目、江苏特聘教授项目等；主要从事光/电催化、类酶催化等领域的研究，围绕对催化反应机制的理解，开发高活性催化剂的设计与合成新策略，实现功能小分子的高效转化。

学术链接：https://scholar.google.com.hk/citations?user=AXG4kq0AAAAJ&hl=zh-CN

孙瀚君课题组因发展需要，拟招聘博士后1-2人（享受南京师范大学博士后相关待遇）。

背景要求：光电催化，光催化等研究方向，具有光/电催化有机合成等相关研究背景更佳。进入课题组后主要完成科技部重点研发计划催化专项的项目任务。

要求申请人具有良好的学术能力和发展潜力，具有高度的责任心和良好的团队合作精神，工作勤奋踏实，勇于承担前沿科研工作。

工资组成包含基本薪酬和绩效薪酬两部分，课题组匹配充足科研经费，具体标准如下：

1．全职博士后实行协议年薪制，由学校、设站学院和合作导师共同承担。协议年薪不低于25万元/年，其中学校出资22万元/年，设站学院和合作导师出资不低于3万元/年（具体薪酬面议）。

2．入选“江苏省卓越博士后计划”、“博士后创新人才支持计划”、博士后国（境）外交流项目所属“博士后交流计划引进项目”、“派出项目”以及“香江学者计划”、“澳门青年学者计划”、“中德博士后交流项目”者，除江苏省或国家资助以外，学校所有待遇均叠加发放。

3．全职博士后提供博士后公寓或2000元/月的租房补贴（总薪酬之外发放）。

4．可按规定申请中国博士后科学基金资助，依托省优势学科（化学），学院给予不低于6万元。

5．正常在站期间享受学校教职工的福利，子女可进入南京师范大学幼儿园（市一流幼儿园）。

6．学校和流动站在博士后出站留任、支持职业发展等方面给予适当倾斜，期间成果优秀者可作为师资博士后留校工作。

有意应聘者请将个人简历发送至hanjun.sun@njnu.edu.cn，邮件请注明毕业院校+姓名+应聘岗位。

本招聘启事长期有效，直至岗位招满为止。