Materials Today Nano綜述:磷酸鹽和硼酸鹽電催化水氧化

2021-01-17 催化計


【全文速覽】

本文總結了近幾年來過渡金屬磷酸鹽和硼酸鹽用做電化學析氧反應（OER）催化劑的研究進展。首先介紹了幾種過渡金屬磷酸鹽和硼酸鹽電催化劑的製備方法及其作為OER電催化劑的發展歷史。重點總結了金屬雜原子摻雜、雙陰離子磷酸鹽和硼酸鹽催化劑用於電催化OER的最新研究進展。同時也介紹了過渡金屬磷酸鹽和硼酸鹽的晶型結構對於OER催化反應的影響。最後，本文指出了目前過渡金屬磷酸鹽和硼酸鹽催化劑在電催化OER方面存在的不足，並且對其未來的發展進行了展望。


【綜述背景】

 近年來，能源危機和環境汙染的問題引起了社會的廣泛關注，如何高效生產清潔能源並存儲成為當務之急。電解水是生產清潔能源-氫氣的最有效途徑之一，但陽極的產氧反應（OER）的緩慢動力學降低了電解水的效率，因此，必須採用高活性和高穩定性的電催化劑來克服動力學障礙，以促進反應動力學。非貴金屬催化劑由於其地球含量豐富，成本較低，對環境友好和易製備等特點而被廣泛研究。其中，磷酸鹽和硼酸鹽因其較低的成本，相對較高的活性和穩定性而引起了極大關注。然而，關於過渡金屬磷酸鹽和硼酸鹽在電催化OER的系統性綜述方面幾乎沒有報導。因此，總結過渡金屬磷酸鹽和硼酸鹽催化劑在電催化OER方面的研究進展是很有必要的。這為今後電催化OER尋找合適的催化劑提供了新的參考。


【成果簡介】

近日，新加坡南洋理工大學顏清宇教授（通訊作者）研究團隊和寧夏大學彭娟副教授（通訊作者）課題組合作，在《Materials Today Nano》上發表了題為「Recent advancesin the application of phosphates and borates as electrocatalysts for water oxidation」的綜述論文。


【本文亮點】

該綜述首次將近幾年來過渡金屬磷酸鹽和硼酸鹽作為OER電催化劑的研究進展進行總結。文章簡單介紹了OER反應原理及步驟，並回顧了近年來過渡金屬基磷酸鹽和硼酸鹽催化劑用於電催化OER的歷史發展及其製備方法。詳細列舉了Ni、Co、Fe、Mn幾種過渡金屬基磷酸鹽和硼酸鹽催化劑用於電催化OER的研究進展。並探討了這些電催化劑催化OER的性能、反應機理及其在電催化OER過程中表面結構的變化。最後探討了該類材料目前存在的研究難點，並對未來研究方向提出了見解。

圖1.過渡金屬磷酸鹽和硼酸鹽電催化OER綜述


【結論與展望】

本綜述系統討論了過渡金屬磷酸鹽和硼酸鹽作為OER電催化劑的研究進展，雖然該類催化材料已經展現出優異的電催化OER性能，但仍然存在挑戰和機遇：

1. 其導電性，化學穩定性和OER性能仍需進一步提升。

2. 應開發原位和高級表徵方法探究在電催化OER過程中其表面結構的變化並確定真正的活性物種。

3. 必須結合實驗和理論對這些材料的電催化OER反應機理進行深入研究。


這些挑戰將不斷推動著電解水催化劑設計和機理的進一步研究。

 

Yang Meng, Gang Ni, Xiaoyong Jin, Juan Peng*, Qingyu Yan*. Recent advances in the application of phosphates and borates as electrocatalysts for water oxidation. Materials Today Nano 2020 (12) 100095

DOI: 10.1016/j.mtnano.2020.100095

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2588842020300249

 

【課題組介紹】

顏清宇教授（通訊作者）課題組簡介：南洋理工大學材料科學與工程學院教授，新加坡電化學學會的主席，英國皇家化學學會會士(FRSC)。課題組的研究領域主要為熱電材料和電化學儲能材料。目前已在 Nature Machine Intelligence， Nature Communications， Science Advances， JACS， Angewandte Chemie，Advanced Materials，Energy Environmental Sciences， Chem，Joule，Nano Letters，ACS Nano等國際著名刊物上發表論文300餘篇，總引用＞25000，h- index為83，2018和2019年湯森路透材料領域高被引學者。


課題組主頁連結：

https//www.ntu.edu.sg/home/alexyan



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