非晶态催化剂电催化水分解制氢进展

非晶态催化剂作为一类新型催化材料,具有短程有序长程无序的结构特点,在相同质量下拥有更大的比表面积和结构缺陷,使其在催化反应中具有更多配位不饱和活性位,同时,它不易发生偏析和异相,能保持均匀性和各向同性,可以根据电催化条件自我调节并提供反应所需体积和有效比表面,从而在电解水阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)中具有优异的催化活性。基于此,结合本课题组在电解水方面的研究工作,综述了近几年非晶态电解水催化剂的最新研究进展,重点介绍了几类非晶态催化剂的可控合成、电催化水分解性能调控策略、表面电子结构与催化活性和稳定性之间的构效关系,并对非晶态的电解水催化剂活性中心的调控面临的挑战和发展进行了展望。

电催化尿素氧化的镍基催化剂表界面调控

将可再生能源发电用于电解水制氢被认为是构筑“氢循环”、缓解能源危机和解决环境问题的理想技术路径之一,然而传统电解水阳极析氧反应(OER)过电位大、反应动力学迟缓,严重制约了电解水制氢的整体效率。而使用更易进行的阳极尿素氧化反应(UOR)取代OER,不仅可以显著降低制氢能耗,还能附带处理富含尿素的废水,在获取清洁氢能源的同时获得环保附加价值,是近年来受到高度关注的一种新型绿色制氢技术。但UOR步骤复杂,6e-转移过程缓慢,故需要高活性催化剂促进其反应速率。在电催化尿素氧化反应中,通过控制镍基催化剂的尺寸、形貌,使其暴露有利于催化尿素氧化分解的活性位点;引入缺陷空位和配位不饱和活性位可改变催化剂表面的电子构型,丰富催化活性位点;掺杂其他元素调控催化剂的电子结构,不仅能改变催化剂的导电性,提升其电子传导能力,还可以诱导晶相或晶面发生变化,提高催化剂的本征活性;构建具有异质结的复合催化剂,利用异质界面与活性相的协同作用,改变反应物的吸/脱附能力,促进其电子转移和传导,从而增强镍基催化剂催化UOR的性能。基于此,本文总结了近几年镍基UOR催化剂的设计理念和最新研究现状,重点阐述了构筑不同形貌尺寸、缺陷工程、掺杂改性、异质结活性界面的镍基催化剂促进UOR的作用机制,对镍基催化剂的合成方法和结构、电化学性能及反应机制进行了概括。此外,针对现有研究对缺陷-结构-性能关系认识的不足,提出了理性设计缺陷镍基催化剂的发展方向,为高效尿素氧化催化剂的开发提供参考。