【《电催化裂解水的催化剂种类及研究进展综述》1400字】

电催化裂解水的催化剂种类及研究进展综述目录TOC\o"1-3"\h\u16914电催化裂解水的催化剂种类及研究进展综述 178411.1贵金属催化剂 1130361.2非贵金属催化剂 2105161.3过渡金属催化剂 21.1贵金属催化剂根据Sabatier原理[25]，我们知道催化剂和反应中间体之间应该具有适当的相互作用，这个原理同样会适用于HER反应，在理想条件下ΔGH*为零时，HER反应的j0具有最高值，Parsons等人建立了火山类型图，成功将j0值与ΔGH*联系起来。ZhiWeiSeh等人通过DFT理论成功地计算出了各种催化剂的ΔGH*值，得到了不同种催化剂在HER反应上交换电流密度与氢吸附自由能之间的关系[26]。如图1.1的火山曲线所示，铂族金属如Pt、Pd、Ru、Ir和Rh位于火山曲线顶点附近，ΔGH*接近于零，对HER反应展现出了优异的催化性能。Pt位于火山图的顶点，被认为是最有效的HER电催化剂，具有准零起始过电位和较小的Tafel斜率[27]。虽然pt等贵金属基电催化剂具有优异的催化活性，但其稀缺性和昂贵的价格阻碍了其大规模的实际应用。图1.1（a）在Langmuir吸附模型假设下j0与ΔGH*的关系，（b）在酸性介质中，材料表面上HER的j0对ΔGH*的依赖性[26]1.2非贵金属催化剂根据多项理论计算和实验结果，在所有的非贵金属之中，Ni具有最小的氢吸附自由能ΔGH*和最大的HER交换电流密度j0。Miles和Thomason等人利用伏安法研究了不同非贵金属的催化性能，发现Ni>Mo>Co>W>Fe>Cu[28]，这也证明了Ni在所有的非贵金属间具有优秀的电催化电解水性能。1.3过渡金属催化剂（1）过渡金属氧化物(TMOs)过渡金属氧化物（TMOs）因为廉价、成分稳定、环保等特点被广泛应用于在电催化领域。然而，由于大多数TMOs的导电性比较差、反应速率较慢、H吸附位点数量较少、H束缚能不合适是催化性能较差的主要原因[29,30]。为了TMOs基电催化剂的HER性能，人们提出了减小TMOs结构尺寸、在TMOs上形成多孔结构、将TMOs与导电性良好的碳载体结合，在TMOs引入表面缺陷或氧空位或者掺杂其他原子[31-36]。CuYi等人在镍泡沫（NF）上通过湿化学方法直接生长出超薄多孔MoO2纳米片，，然后进行退火处理，其对HER的活性远远高于传统致密MoO2[37]，这主要是因为超薄多孔MoO2纳米片的表面积较大，活性位点数量更多。（2）过渡金属磷化物(TMPs)过渡金属磷化物（TMPs,TM=Fe,Co,Ni,Mo,W,Cu）近年来作为HER催化剂引起了广泛的关注[3,38,39]。Liu和Rodriguez等人[40]通过DFT计算，预测Ni2P的（001）可能具有非常好的HER催化性能，甚至优于Pt基催化剂，这主要是因为Ni2P（001）表面暴露的质子受体和氢化物受体中心之间具有协同效应。众所周知的是通过DFT计算，贵金属作为HER催化剂，具有一个以电流密度作为氢吸附自由能的函数的火山图，在火山图峰上的贵金属具有优异的HER催化性能，实验数据也证实了这一点，金属靠近峰值位置越近，HER性能越高。同样，Jaramillo小组也研究了TMPs中类似的火山图[41]，如图1.2所示，越靠近火山图峰值上的TMPs基催化剂电催化电解水的性能越高。图1.2（a）不同TMPs基催化剂归一化为电化学活性表面积（ECSA）的Lsv曲线，（b）不同TMPs基催化剂表面上HER的j0对ΔGH*的依赖关系[41]（3）过渡金属硫化物（TMDs）是一种新型催化材料，比贵金属催化剂的价格要便宜，在地球上的丰度也更高，是一种很有前途的催化剂，然而TMDs的催化活性比较差，这主要是因为1、TMDs的边缘活性位点的数量稀缺，对于大多数TMDs材料来说，边缘活性位点唯一具有催化活性的部分，2、大多数TMDs材料的导电性都不好[22]，尤其是多层TMDs材料的层与层之间的电子迁移效率比较差[42]，严重影响了TMDs材料的HER的电化学电催化活性。目前，提高TMDs材料的催化性能主要是通过相变工程、缺陷工程、化学掺杂、杂化等手段进行调控的，通过这些方法，TMDs材料的催化性能可以得到极大地提高。ZhangYue等人[43]