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樓雄文/于樂(lè)Adv. Sci.綜述：設(shè)計(jì)與合成中空納米結(jié)構(gòu)用于電化學(xué)水分解

利用可再生能源進(jìn)行電催化分解水被廣泛認(rèn)為是一種清潔和可持續(xù)的方式來(lái)生產(chǎn)氫氣，而氫氣作為未來(lái)理想的能源燃料。電催化劑是大規(guī)模水電解必不可少的元素，它可以有效地加速兩端發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)。中空納米結(jié)構(gòu)由于具有高比表面積、明確的空隙空間和可調(diào)的化學(xué)成分，可以作為直接電催化劑或負(fù)載內(nèi)部或外部電催化劑的載體的候選材料。

基于此，新加坡南洋理工大學(xué)樓雄文教授和北京化工大學(xué)于樂(lè)教授（共同通訊作者）等人報(bào)道了一篇關(guān)于微/納米結(jié)構(gòu)中空材料作為新型電催化劑用于水分解的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面一些最新進(jìn)展的綜述。

在本文中，作者首先著重介紹了用于析氧/析氫反應(yīng)（HER/OER）的高效中空電催化劑的設(shè)計(jì)原則和相應(yīng)策略。接著，作者概述了目前關(guān)于具有不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能的中空電催化劑的報(bào)道，包括具有單殼、多殼或開(kāi)放特征的直接中空電催化劑和基于中空主體的異質(zhì)結(jié)構(gòu)電催化劑。

此外，作者還重點(diǎn)介紹了一些近期用于混合水電解生產(chǎn)燃料或其他增值產(chǎn)品的中空電催化劑的例子。最后，作者從個(gè)人的角度討論了中空電催化劑在水分解方面的未來(lái)研究方向。

作者提出了該領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)的幾個(gè)方向：

1）為了滿(mǎn)足工業(yè)的實(shí)際需求，應(yīng)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)且可規(guī)?；暮铣煞椒?，制備具有高活性和耐久性的中空電催化劑；

2）從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，仍需深入了解基礎(chǔ)材料科學(xué)和化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，以識(shí)別中空結(jié)構(gòu)對(duì)底層起源的復(fù)雜效應(yīng)（應(yīng)變效應(yīng)、集合效應(yīng)、協(xié)同效應(yīng)等）用于電化學(xué)水分解；

3）應(yīng)基于理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)一步研究時(shí)空排序在中空結(jié)構(gòu)電催化劑中的傳質(zhì)、存儲(chǔ)和釋放中的作用，以?xún)?yōu)化這些獨(dú)特的納米反應(yīng)器；

4）從性能的角度，需要原位/原位高分辨率表征來(lái)研究中空電催化劑在電解水設(shè)備中的實(shí)際應(yīng)用性能下降的原因；

5）對(duì)于非常規(guī)水分解的創(chuàng)新策略，非常需要精確的結(jié)構(gòu)和組成控制，以改變中電催化劑的表面化學(xué)，用于OER之外的目標(biāo)反應(yīng)。

Design and Synthesis of Hollow Nanostructures for Electrochemical Water Splitting. Adv. Sci., 2022, DOI: 10.1002/advs.202105135.

https://doi.org/10.1002/advs.202105135.

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