近期，清華大學(xué)深圳國際研究生院劉碧錄團(tuán)隊(duì)發(fā)表綜述，討論了酸性析氧催化劑的最新進(jìn)展，包括本征活性、大電流密度反應(yīng)和長期穩(wěn)定性，并提出了設(shè)計高性能催化劑的策略，探討了其在質(zhì)子交換膜電解水器件中的實(shí)用前景。該綜述以《低維酸性析氧電催化劑的研究進(jìn)展：高本征活性、大電流密度和優(yōu)異穩(wěn)定性》（Low-Dimensional Electrocatalysts for Acidic Oxygen Evolution: Intrinsic Activity, High Current Density Operation, and Long-Term Stability）為題發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）雜志上。
氫是一種能量密度高、零碳排放的綠色可持續(xù)能量載體，是未來可持續(xù)清潔能源體系中不可或缺的一部分。當(dāng)前，氫氣制備方法主要包括化石燃料的高溫裂解（灰氫制備）和天然氣重整（藍(lán)氫制備）。雖然氫氣本身是清潔的，但以上方法在制氫過程中會產(chǎn)生大量的碳排放，不利于可持續(xù)發(fā)展。與之相反，利用可再生能源與電解水制氫技術(shù)相整合生產(chǎn)“綠氫”可實(shí)現(xiàn)零碳排放，對于碳中和戰(zhàn)略至關(guān)重要。電解水制氫技術(shù)中，具有較高電流密度和能量轉(zhuǎn)換效率的酸性電解水技術(shù)倍受青睞，但其發(fā)展受到析氧電極活性差、穩(wěn)定性弱的制約。與兩電子析氫反應(yīng)相比，四電子析氧反應(yīng)的動力學(xué)緩慢，對析氧催化劑的本征活性提出了更高要求。大多數(shù)報道的催化劑僅在低電流密度（< 200 mA cm-2）下性能優(yōu)異，難以達(dá)到高電流密度（> 200 mA cm-2）的工業(yè)使用需求。此外，在強(qiáng)氧化電位和酸性腐蝕性環(huán)境中，催化劑易從電極上溶解和脫落，導(dǎo)致其活性和穩(wěn)定性顯著降低，限制了其長期使用。因此，設(shè)計和開發(fā)可實(shí)現(xiàn)大電流密度以及長期穩(wěn)定性的優(yōu)異催化劑對電解水制氫技術(shù)的大規(guī)模推廣至關(guān)重要。首先，催化劑的本征活性是決定電極性能的重要因素，本綜述強(qiáng)調(diào)了通過表面化學(xué)調(diào)控（包括雜原子摻雜、空位調(diào)控、合金化、核殼結(jié)構(gòu)和應(yīng)力調(diào)控）、非晶態(tài)調(diào)控和協(xié)同工程等策略改變催化劑的電子結(jié)構(gòu)、優(yōu)化中間體的結(jié)合能，進(jìn)而提升其本征活性。其次，大電流密度電解水反應(yīng)對活性中心的暴露、傳質(zhì)、電子轉(zhuǎn)移和電極的穩(wěn)定性等提出了更高的要求。本綜述提出通過構(gòu)建多孔結(jié)構(gòu)和引入催化劑載體來實(shí)現(xiàn)大電流密度制氫。此外，綜述強(qiáng)調(diào)了通過保護(hù)活性中心和加強(qiáng)催化劑與載體的相互作用來提高催化劑的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性。圖1. 影響酸性析氧催化劑性能的三個重要方面：本征活性、大電流密度、長期穩(wěn)定性圖2. 酸性析氧催化劑的本征活性調(diào)控策略：表面化學(xué)調(diào)控最后，文章對領(lǐng)域的未來發(fā)展重點(diǎn)方向進(jìn)行了展望，主要包括借助理論計算和機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行電催化劑的設(shè)計和合成，通過可視化的原位成像和光譜表征厘清工作狀態(tài)下催化劑的活性中心，通過多方面策略制備可實(shí)現(xiàn)大電流密度反應(yīng)且長時間穩(wěn)定運(yùn)行的優(yōu)異催化劑，以及質(zhì)子交換膜電解水器件的工業(yè)應(yīng)用等。
劉碧錄，清華大學(xué)深圳國際研究生院材料研究院副院長、長聘副教授、博士生導(dǎo)師，深圳蓋姆石墨烯中心副主任。2006年本科畢業(yè)于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2012年博士畢業(yè)于中國科學(xué)院金屬研究所。2012至2016年在美國南加州大學(xué)先后擔(dān)任博士后和研究助理教授，2016年6月回國工作。主要研究方向是二維材料的可控制備及其在電子、光電和電催化領(lǐng)域的功能性應(yīng)用。在National Science Review, Materials Today, Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Nature Communications, Science China Materials等期刊上發(fā)表高質(zhì)量論文100余篇，獲授權(quán)中國發(fā)明專利10余項(xiàng)，在國內(nèi)外學(xué)術(shù)會議上作邀請報告30余次。獲2016年國家重點(diǎn)人才計劃、2017年國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目和2021年國家自然科學(xué)基金杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目資助，目前承擔(dān)國家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)國際合作項(xiàng)目、重大項(xiàng)目（課題負(fù)責(zé)）。自2017年起擔(dān)任材料學(xué)領(lǐng)域綜合性國際期刊Science and Technology of Advanced Materials的Associate Editor，自2020年起擔(dān)任Wiley出版社Nano Select期刊的Associate Editor。曾獲2012年中國科學(xué)院院長特別獎、2018年清華大學(xué)學(xué)術(shù)新人獎、2021年納米研究青年科學(xué)家獎（Nano Research Young Innovator Award）等。招聘電催化方向博士后1-2名：目前，劉碧錄團(tuán)隊(duì)在電催化領(lǐng)域已取得諸多優(yōu)異的研究成果，論文相繼發(fā)表在Nature Communications (3篇)、Advanced Materials、Materials Today、Energy Environmental Science、Advanced Functional Materials、ACS Nano等高水平期刊上。團(tuán)隊(duì)當(dāng)前以電解水器件研發(fā)和二氧化碳還原研究為主，歡迎相關(guān)領(lǐng)域的博士加入團(tuán)隊(duì)，攜手共創(chuàng)更多研究成果。應(yīng)聘資料包括個人簡歷、已發(fā)表論文清單、未來的研究計劃等，聯(lián)系人：余博士，郵箱：yu.qiangmin@sz.tsinghua.edu.cnhttps://www.tbsi.edu.cn/biluliuGroup/home.htmlhttps://doi.org/10.1002/adfm.202201726
