第一作者：孙海南
通讯作者：孙海南，周嵬，邵宗平
通讯单位：南通大学，南京工业大学，科廷大学
论文DOI：10.1002/aenm.202401242
电化学水分解是一种很有前途的制取高纯氢的技术。用热力学上更有利的氧化反应取代缓慢的阳极析氧反应，使氢的高效生产成为可能。此外，该方法通过合理选择小分子作为底物，促进了环境污染物的降解和增值化学品的合成。小分子选择和电催化剂设计策略对电催化性能至关重要，重点是实现高电流密度、选择性、法拉第效率和操作耐久性。本文讨论了进一步发展所需的关键因素，包括技术经济分析，新的反应器系统设计，满足工业应用的要求，弥合基础研究与实际应用之间的差距，以及产品检测和分离，旨在推动混合水电解应用的发展。
要点1. 这种方法通过合理选择小分子作为底物，促进了环境污染物的降解和增值化学品的合成。小分子选择和电催化剂设计策略对电催化性能至关重要，其重点是实现高电流密度、选择性、法拉第效率和操作耐久性。
要点2. 作者讨论了其进一步发展所需的关键因素，包括技术经济分析、新的反应器系统设计、满足工业应用的要求、弥合基础研究与实际应用之间的差距以及产品检测和分离。
该展望探讨了利用各种小分子催化氧化反应来实现高活性、高选择性和良好稳定性电催化剂材料的最新进展。原位表征技术和理论计算在深入了解催化反应机制方面起着至关重要的作用。生物质衍生的醇类和醛类通过部分氧化促进了混合水电解，产生了增值化学品。同时，利用胺、尿素和肼进行混合水电解提供了更低的氧化电位和环境污染物降解。这些方法之间目前存在着巨大的差距，如技术经济分析、反应器系统设计、更大的电流密度以及产品的检测和分离等，均需要满足实际应用的要求。
开发先进的促进阳极反应对于混合水电解至关重要，这是一条有希望的可再生氢生产途径。优化阳极反应将提高电解过程的效率和稳定性，实现成本效益的氢气生产。根据反应类型理解相关的催化反应机制，并根据每种小分子氧化反应的独特特征进行催化剂设计。
对于新的反应系统，例如解耦水分解，传统的电解反应在空间、时间或空间和时间上分离，但通过一个中间氧化还原介质耦合。这些系统本质上是灵活且模块化的，提供了额外的优势，如易于与可再生电源集成、与现成催化剂的兼容性和本质上的安全操作。这种有前景的反应概念也可以应用于小分子氧化。除了传统的计算方法，如DFT计算和动力学建模，利用数据科学进行催化剂设计（如高通量筛选）成为材料设计中的关键技术。随着机器学习技术和DFT数据库的改进，这种方法的重要性日益增加。
Hainan Sun, Xiaomin Xu, Liangshuang Fei, Wei Zhou, Zongping Shao, Electrochemical Oxidation of Small Molecules for Energy-Saving Hydrogen Production, Adv. Energy Mater. 2024, 2401242.
https://doi.org/10.1002/aenm.202401242
邵宗平，主要研究领域包括燃料电池（固体氧化物燃料电池、质子交换膜燃料电池），超级电容器，锂/钠电子电池，陶瓷分离膜，低温氧催化、氢催化反应，水处理，传感器等。已在Nature (5), Science (1), Nat. Energy (2), Nat. Commun. (14), Sci. Adv. (1)等国际期刊发表SCI论文800余篇。发表的论文引用73000余次，h-index为131，分别于2017-2024年入选世界高被引科学家，2015-2024年入选中国高被引科学家。是国际期刊Energy & Fuels, Materials Reports: Energy副主编，是《南京工业大学学报（自然科学版）》, Scientific Reports, Energy Science & Engineering及材料导报、热科学与技术等学术期刊编委，是Journal of Materials Chemistry A, Energy Materials, Exploration等期刊顾问编委。
周嵬，南京工业大学化工学院，材料化学工程国家重点实验室教授，博士生导师，海外高层次引进人才，江苏省杰出青年基金获得者，江苏特聘教授，江苏双创人才计划和双创团队领军人才获得者。2009年博士毕业于南京工业大学化学工程专业，博士论文获“全国百篇优秀博士论文提名奖”。博士毕业后获得澳大利亚基金委授予的澳大利亚国家博士后职位（Australian Postdoctoral Research Fellow），于2010年赴昆士兰大学从事研究工作，2015年加入南京工业大学。2015年获江苏省科学技术奖二等奖（2/5），2022年度科睿唯安“全球高被引学者”，2018-2022年度爱思唯尔“中国高被引学者”称号。研究方向包括：绿氢低成本制备关键材料与技术；固体氧化物燃料电池关键材料与热电联供技术；质子交换膜燃料电池催化剂设计和规模化制备技术；新型低温氧还原、析氧双效催化剂；电化学二氧化碳还原；直接碳燃料电池。迄今在国际主流期刊上发表SCI论文400余篇，其中包括Nature、Nat., Energy、Nat. Commun., Sci. Adv., Prog. Mater., Sci., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Energy Environ. Sci.等国际著名刊物，论文总共被引用29000余次，h-index为96。申请中国发明专利60余件，授权30余件。担任Chinese Journal Chemical Engineering、Energy Reviews、Catalysts、《稀有金属》等期刊编委、客座编辑。
孙海南，南通大学化学化工学院教授，硕士生导师，江苏特聘教授。2020年博士毕业于南京工业大学化工学院化学工程专业，2020-2023年于韩国科学技术院（KAIST）任博士后研究员和研究助理教授，2024年1月加入南通大学化学化工学院。近年来主要从事清洁能源催化材料与器件方面的研究，以第一作者和通讯作者在Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., Infomat, Carbon Energy, Appl. Catal. B-Environ., Small, Small Method等国内外知名刊物发表论文30余篇，论文总引用2100余次。担任Carbon Energy、InfoMat、Advanced Powder Materials、Tunstgen等期刊青年编委。
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