【顶刊综述】王得丽/赵旭EES：金属基催化剂的原子尺度设计实现高效氢氧化- 大数跨境

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【顶刊综述】王得丽/赵旭EES：金属基催化剂的原子尺度设计实现高效氢氧化

科学材料站

2021-01-14

导读：该综述以碱性条件下氢氧化（HOR）的反应机理为前提，系统地讨论了碱性条件下金属基催化剂的原子配位构型、原子堆积行为和原子排列在催化HOR反应中的关键作用

文章信息

碱性氢氧化反应中金属基催化剂的原子尺度设计

First published：January 8，2021

第一作者：安露露

通讯作者：赵旭*，王得丽*

单位：华中科技大学

研究背景

氢能具有无污染、利用率高等诸多优点，被广泛认为是除化石燃料之外的一种很有前途的能源载体。作为具有代表性的氢转化装置之一，燃料电池近年来取得了很大的发展。阴离子交换膜燃料电池（AEMFC）因其阴极高效低成本催化剂的发展而更具实际应用前景。

然而，对于AEMFC的阳极氢氧化反应(HOR)，即使是铂催化剂也显示出比酸性体系低两个数量级的活性，这限制了AEMFC的工业应用。因此，为碱性HOR精确设计高效的电催化剂是非常重要和迫切的。

文章简介

近日，华中科技大学王得丽教授、赵旭副教授在Energy & Environmental Science (影响因子：30.289)上发表题为“Atomic-level insight into reasonable design of metal-based catalysts for hydrogen oxidation in alkaline electrolytes”的综述文章。

该综述以碱性条件下氢氧化（HOR）的反应机理为前提，系统地讨论了碱性条件下金属基催化剂的原子配位构型、原子堆积行为和原子排列在催化HOR反应中的关键作用，为HOR催化剂的发展提供了原子水平的认识。

此外，还总结了实现高效催化碱性HOR金属基电催化剂的原子级制备方法和策略。最后，提出了该领域未来研究存在的问题和挑战。

本文要点

要点一：系统讨论和总结了在碱性电解质中从原子层面设计HOR金属基催化剂的有效策略:

I)调节催化剂活性中心的配位构型；

ii)制造暴露在催化剂上的合适的晶面；

iii)调控多组分催化剂的原子排列。

要点二：HOR电催化剂仍然存在几个挑战:

1）镍基催化剂作为碱性HOR的常见非贵金属基催化剂，其在氢氧化电位下易被氧化，因此在长期HOR过程中存在稳定性差的问题。

2）作为碱性HOR的重要描述符之一，HBE很难在电化学条件下直接获得，需要其他光谱方法来分析电催化条件下催化剂的HBE。

3）反应界面附近的水结构与H2反应活化势垒高度相关，而用于检测界面水对HOR反应速率影响的有效表征技术仍然缺乏。

要点三：为了应对上述挑战，精准合成，理论计算，原位技术以及新兴的人工智能技术可以为高效催化剂的发展和HOR机理的研究提供新的见解。

文章链接

Atomic-level insight into reasonable design of metal-based catalysts for hydrogen oxidation in alkaline electrolytes

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/ee/d0ee03609a#!divAbstract

通讯作者介绍

赵旭，华中科技大学化学与化工学院副教授，博士生导师。

主要研究方向为金属基纳米材料的精细设计与电催化机理研究。迄今为止，已在J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，Energy Environ. Sci.，J. Catal.，Appl. Catal. B: Environ.等国际高影响力期刊发表论文13篇。申请中国专利3项。部分研究成果被《Science Foundation in China》、《物理化学学报》等刊物进行亮点报道，并被《人民日报（海外版）》、《光明日报》等多家国内主流媒体关注。曾获中国科学院院长优秀奖、硕士/博士研究生国家奖学金、中国科学技术大学优秀毕业生、安徽省品学兼优毕业生。现担任《Chinese Chemical Letters》青年编委、《中南大学学报（自然科学版）》青年编委。

http://faculty.hust.edu.cn/catalysis_zhaoxu

王得丽，华中科技大学化学与化工学院教授，博士生导师。

长期致力于能量转换与存储材料的设计以及性能优化方面的研究。在国内外知名学术期刊上发表论文100余篇，主要包括Nat. Mater.，Nat. commun.，J. Am. Chem. Soc.， Nano Lett.， ACS Nano等化学、材料、电化学领域国际知名期刊。论文被引用5000余次，并被Science Daily、Science Now、C&E News等多家新闻媒体以及MRS Bulletin作为亮点工作报道。获授权中国发明专利5项，美国授权发明专利2项。担任《储能科学与技术》和《Nano Materials Science》编委、《Chinese Chemical Letters》青年编委，加拿大国际电化学能源科学与技术研究院青年委员。

http://deli.chem.hust.edu.cn/info/1012/1103.htm