过渡金属低维纳米材料在电催化领域中的研究进展

随着环境问题的日趋严重和能源危机的不断攀升,利用电催化技术开发可持续的绿色新能源迫在眉睫。过渡金属低维纳米材料具有高活性表面、高效的电子转移速率和丰富的表面空位,能够有效提升电催化反应的效率和稳定性。本文基于材料维数,将过渡金属低维纳米材料分类,并分别阐明其优势,重点综述零维、一维、二维纳米材料在电催化领域中的研究成果,揭示低维纳米结构与电催化活性、稳定性之间的关系,明确了低维纳米化是提高电催化性能的有效方法。最后,指出过渡金属低维纳米催化剂应根据需求合理设计并优化其结构。未来低维纳米催化剂的发展方向应是基础研究与计算研究相结合,用理论来引导设计,搭配机器学习预先选择合适的结构模型以及朝着改进现有材料结合更多更高效的复合材料进一步发展。

MXene基材料在电催化领域的研究进展

电催化是未来新能源存储与转化技术的关键,主要应用于电解水制氢和燃料电池等氢能产业。MXene是二维层状过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化合物的统称,具备高电导率、大比表面积、良好的电荷转移能力及丰富可控的表面官能团,近年来被广泛应用于电化学催化领域。本文首先阐述了二维MXene的多种结构,其次总结了MXene基电催化材料在亲水性、导电性、离子传输及表面缺陷等方面的优势,重点综述了近年来MXene基材料在析氢反应(Hydrogen evolution reaction,HER)、析氧反应(Oxygen evolution reaction,OER)、氧还原反应(Oxygen reduction reaction,ORR)等催化反应中的应用和进展,揭示了MXene结构与性能之间的关系,最后总结并展望了未来的发展前景。