原子精密電催化劑的制備

熊 莎

（溫州大學化學與材料工程學院，浙江溫州 325000）

在各種陰極氧還原反應(ORR)的催化劑中，原子精密電催化劑(包括單原子、雙原子和多原子團簇)因較高的原子利用效率和優異的催化性能，受到人們的關注。但ORR 過程非常緩慢，阻礙了燃料電池作為下一代綠色能源設備的商業化。因此，開發高性能、低成本的ORR 電催化劑，提高燃料電池的能量轉換效率非常迫切。為了提高ORR 的性能，研究者展開了大量的研究，以微調它們的結構和識別活性位點。本文對目前原子精確電催化劑的合成策略以及相關的設計進行了總結。

燃料電池可以直接將儲存在燃料分子中的化學能如H2、甲醇、乙醇、氨等，轉化為電能，具有能源效率高、對環境的影響小、燃料多樣化等優點，被認為是21 世紀最有前途的清潔高效能源技術。氧還原反應(ORR)作為燃料電池中必不可少的陰極反應，在能量轉換過程中起著至關重要的作用。但ORR 在動力學上是緩慢的，包括多種基本反應[1]。目前，根據電子轉移數，ORR反應途徑可分為2種類型：第1 種是四電子(4e-)反應途徑，在酸性(或堿性)環境下，氧直接還原為H2O(或OH-)；第2種是雙電子(2e-)反應途徑，在酸性(或堿性)條件下，氧部分還原為H2O2(或HO2-)[2]。4e-ORR 工藝具有更高的能量轉化率，是燃料電池的首選工藝。另一方面，雖然通過另一次2e-轉移，可以進一步生成H2O(或OH-)[3]，但2e-過程中過氧化離子的形成會導致催化劑失活、設備腐蝕、效率低下等情況，因此要高度抑制該過程。為此必須克服過電位，以提供一個能量下降的途徑，使反應能順利進行。……