貴金屬單原子催化劑在電催化析氧反應中的研究進展

陳 恒，呂思婷，劉子璇

（溫州大學化學與材料工程學院，浙江溫州 325000）

自工業社會以來，化石燃料已成為工農業生產和人類生活的主要能源。化石燃料雖然帶來了前所未有的工業發展和財富，但也給人類造成了難以承受的環境壓力，同時儲量有限，長期依賴化石燃料也會面臨能源供應不足的問題。因此，人們正在積極尋找解決能源危機和環境污染的方法。氫具有能量密度高、綠色環保、可再生的特性[1-3]，被認為是一種替代能源。目前有幾種方法可用于工業生產氫氣，例如天然氣的蒸汽重整、甲烷熱解、其他碳氫化合物的部分氧化以及煤氣等。但是，從化石燃料中生產氫氣會排放二氧化碳(CO2)，導致溫室效應，是一種不可持續的能源經濟方法。電催化水分解無疑是最清潔、效率最高的制氫方法之一，陰極發生析氫反應(HER，2H++2e-→H2)，陽極發生析氧反應(OER，2H2O→O2+4H++4e-)[4-7]。理論上，陽極和陰極間需要1.23V 的電位差來驅動整個反應[8]，但在實際的水電解槽中則需要更高的電壓。HER 是一個相對簡單的雙電子傳遞過程，涉及H2的電化學H+吸附和解吸，OER 本質上則是一個更復雜的過程，其中涉及4個復雜的質子-電子耦合步驟，每一步都有1 個電子轉移。因此，每一步能量的積累都會導致OER 的動力學受到阻礙[9]。另一方面，OER 是可充電金屬-空氣電池中重要的半反應，被認為是新興、可持續的能源轉換技術。但金屬-空氣電池存在壽命低、能量轉換效率差、穩定性有限等問題，主要原因是緩慢的OER 動力學。因此，開發高效的OER 催化劑，是解決水分解和產氫效率的關鍵。……