工程在电催化反应中的研究进展
张新义, 任楷, 刘妍宁, 谷振一, 黄志雄, 郑硕航, 王晓彤, 郭晋芝, ZatovskyIgor V., 曹峻鸣, 吴兴隆
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202307057
目前对高性能与高稳定性的电催化剂进行精准合成仍然是亟待解决的问题。熵作为最重要的热力学参数之一,是描述体系无序程度的物理量,其数值主要由材料的结构、磁矩、原子和电子振动共同决定。根据体系的构型熵值,通常将材料分为低熵材料(ΔSmix < 1R)、中熵材料(1R ≤ ΔSmix ≥ 1.5R)和高熵材料(ΔSmix > 1.5R)。随着熵值的增加,材料本征的物理与化学性质也会发生相应的变化。高熵材料得益于不同金属元素的共存、界面处原子级的多组分排列,所产生的高熵、晶格畸变、迟滞扩散和“鸡尾酒”效应能够有效地提升电催化反应的活性,因此在电催化领域中得到了广泛的研究关注。本综述对高熵电催化剂的基本概念、合成路线(“自上而下”与“自下而上”)以及在不同电催化反应类型中,高熵材料结构与性能之间的构效关系进行了系统总结,主要包括析氢(HER)、析氧(OER)、氧还原(ORR)、醇氧化(AOR)、氮还原(NRR)和二氧化碳还原反应(CO2RR)等,从而阐明熵增工程对高性能电催化剂设计与应用的优势与潜力。同时,本文针对目前高熵催化剂研究所面临的主要问题与挑战,对未来基于熵增工程的高熵电催化剂的设计思路与合成方法进行展望。
关键词: 熵增, 合成, 电化学, 高熵催化剂, 电催化

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