罗鲲教授、类伟巍教授、刘丹教授， CEJ综述：Au驱动OER反应的进展、机制与应用。
【研究背景】
随着全球能源需求的持续增长，风能和太阳能等可再生能源的利用方法受到广泛的关注。由于风能和太阳能发电的间歇性对电网调控带来的压力与日俱增，因此高效的电化学能量转换和储存方法显得非常重要，相关技术包括水电解、燃料电池、可充电金属空气电池等。这些系统通常受制于缓慢的气体电极反应，因此高度依赖如铂（Pt）、铱（Ir）和钌（Ru）等铂族催化剂，其高成本、低地壳储量和催化剂中毒问题等严重阻碍了大规模应用。氧还原（ORR）和氧析出（OER）气体电极过程涉及复杂的多步电子/质子转移过程，对催化剂活性和稳定性要求较高。最新研究成果表明，金（Au）驱动的OER催化剂展现出显著的电催化活性和稳定性，有望成为贵金属替代催化剂，尽管相关电催化机理仍存在争议。
【文章简介】
近日，常州大学罗鲲教授与皇家墨尔本理工大学类伟巍教授、刘丹教授合作，在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“Advances, mechanisms and applications in oxygen evolution electrocatalysis of gold-driven”的综述。文章首先概述了纳米Au的氧电催化性能，具体包括纳米晶形貌与表面、载体材料、Au纳米团簇的尺寸与配体以及Au单原子对其氧电催化性能的影响，进而着重评述了纳米Au借助协同效应强化贵金属、非贵金属化合物（氧化物、氢氧化物/羟基氧化物/层状双金属氢氧化物、硫化物、磷化物、氮化物和硒化物）的OER催化性能方面的最新进展，探讨了纳米Au增强催化剂OER性能的机理，并展望了Au驱动的电催化剂在水分解、燃料电池、可充电金属空气电池等领域的应用前景。
【本文要点】
综述了纳米Au的氧电催化尺寸效应，讨论涉及Au纳米颗粒、Au纳米团簇、Au单原子的氧电催化活性。分析了纳米Au的晶面效应与形貌、载体材料、Au纳米团簇的尺寸和配体效应以及单原子Au的催化性能，其中单原子Au具有优良的ORR/OER双功能催化性能。
Au能够对多种类型的OER催化起到增强催化性能的作用，包括贵金属（Ru基催化剂、Ir基催化剂）、非贵金属化合物（氧化物、氢氧化物/羟基氧化物/层状双氢氧化物、硫化物、磷化物、氮化物、硒化物）等，值得注意的是，在增强钴的氮化物OER的同时，HER与ORR性能也能得到提升。
目前，有关Au增强OER活性的机理主要基于吸附演化机制（AEM）和晶格氧机制（LOM）。AEM机制认为，界面的Au可以促进O-O耦合，加速层状双氢氧化物的催化反应；而LOM机制认为，Au调节了金属氧化物的晶格氧的电子结构，与晶格氧协同增强了位点的催化活性。
单原子Au提供了接近100%的原子利用率，可以显著提高催化活性，并降低Au基催化剂的成本。然而，将Au单原子稳定地结合到电催化剂中，且不发生迁移和聚集，仍然是技术上的一个巨大挑战。机理研究方面，由于催化过程中的动态和不可逆重构过程，需要更多的原位（in situ）和实际工况下同步监测（operando）分析，监测OER过程中活性位点的结构演变，并理解Au和基底OER电催化剂之间的交互作用，为预测OER活性和稳定性提供可靠的描述符，为优化氧电催化剂设计提供理论基础。
【文章链接】
Advances, mechanisms and applications in oxygen evolution electrocatalysis of gold-driven
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.153719
科学材料站—文章简析链接：
