Version of record online: 29 April 2020
中国科学技术大学
导读
氢是一种清洁的可再生能源载体，为未来的运输和其他应用提供动力。水的电解是利用风能、太阳能等可再生资源制氢的一种很有前途的选择。本文综述了酸性水氧化用电催化剂的设计和合成的最新进展，重点介绍了在低成本下保持优良耐久性的同时，实现高电催化活性的新策略。还概述了剩余的科学挑战和克服这些挑战的可能策略，以及开发用于水电解的纳米材料的未来一代电催化剂的前景。
背景简介
1. 电解水研究进展
理想情况下，在水电解槽中，阳极和阴极之间需要1.23 V的电位差来驱动分解反应向前进行产氢。然而，在实际的水电解槽中，由于两个电极上的过电位，需要更高的电压来维持理想的生产速率。为了使HER和OER的超电位降到最低，人们已经付出了巨大的努力去开发高效的催化剂。
2. PEM电解槽目前挑战
图1. 酸性氧化还原反应的反应途径。
文章介绍
本文综述了近年来国内外酸性OER催化剂的研究进展，包括用于PEM电解槽的贵金属和非贵金属催化剂。本文详细讨论了酸性介质中OER的机理，以深入了解酸性OER催化剂对水氧化的作用。然后，作者回顾了各种酸性水氧化催化剂，包括贵金属纳米粒子（NPs）、贵金属氧化物、钙钛矿、非贵金属基材料和无金属材料。最后，讨论了酸性介质中OER催化剂的未来挑战和展望。
图2. 催化剂形貌图
a) The typical morphology of dealloyed IrxOs(1−x) catalysts.
b) Corresponding cyclic voltammograms of dealloyed IrxOs(1−x) showing the different electrochemically active areas.
c) Schematic illustrates the impact of multiple oxide-oxide interfaces between the nanoporous and NPs during the OER process. The nanoporous catalysts provided a more unhindered electron transport channel than the NPs catalysts.
图3. 催化剂微观形貌图
a) Representative microscopy images of Ru1-Pt3Cu catalysts.
b) Fine-structure characterizations of Ru1-Pt3Cu and overpotential and electronic structure on Ru1-PtxCu4−x (111) with pre-adsorbed oxygen.
图4. CsPbI3相结构示意图
a) OER performance of cobalt oxides at different pH.
b) Pourbaix diagram of the Co-based precatalytic features.
c) The structure of layered cobalt-oxide with counterions. Reproduced with permission
文章链接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202000478
导师简介:
李箐，华中科技大学材料科学与工程学院教授，博士生导师。长期从事电催化、质子交换膜燃料电池、锂电池、电分析化学等领域的研究。目前已在SCI英文期刊上发表学术论文80篇，其中包括J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Nat. Commun.等影响因子10以上的国际顶级期刊28篇，ESI hot paper 1篇，ESI高被引论文12篇。论文被他引4500余次，H因子为33。目前担任国际电化学能源科学院（IAOEES）理事，《电化学》期刊编委，Chinese Chemical Letters期刊青年编委，Frontiers in Chemistry期刊Guest Editor，以及Nature Catalysis等30多个国际学术期刊的审稿专家等。主持/参与国家自然科学基金青年基金、计划、国家重点研发计划“材料基因工程关键技术与支撑平台”专项等项目。主持/参与中组部“计划”青年项目,国家自然科学基金, 国家重点研发计划专项等多个项目
曹瑞国, 1997年毕业于南开大学化学系，2010年在北京大学物理化学专业取得博士学位，随后赴韩国蔚山科学技术大学以及美国西北太平洋国家实验室从事博士后研究工作。2016年入选中组部“青年千人计划”，加入中国科学技术大学化学与材料科学学院。长期从事电化学界面调控及电化学储能材料与器件的科学研究，在高比能二次电池的材料设计，器件优化，及储能机理方面有丰富的研究经验，研究成果发表在Nature Communications，Advanced Functional Materials, Advanced Energy Materials, Nano Letters等学术期刊，引用数4000余次。
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