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Amorphous/Crystalline Heterostructure Transition-Metal-based Catalysts for High-Performance Water Splitting
Coordination Chemistry Reviews ( IF 20.3 ) Pub Date : 2022-10-31 , DOI: 10.1016/j.ccr.2022.214916
Yangping Zhang , Fei Gao , Dongqiong Wang , Zhuolin Li , Xiaomei Wang , Caiqin Wang , Kewang Zhang , Yukou Du

The rational phase engineering on transition-metal-based (TM-based) catalysts is an efficient strategy to improve the catalytic performance for oxygen evolution reaction (OER) and hydrogen evolution reaction (HER) in water splitting. Combining high conductivity from crystalline phase with orderly atomic arrangement and high activity from amorphous phase with abundant unsaturated sites, more amorphous/crystalline (a/c) heterostructure TM-based catalysts with optimized electronic structures have been confirmed to exhibit superior OER and HER properties with well-balanced activity and stability. However, the rational design of the a/c TM-based catalysts for water splitting is often ignored. In this review, we firstly summarized the amorphization/crystallization strategies for constructing a/c TM-based catalysts including pyrolysis method, composition-tuned approach, electrochemical method, chemical etching and other strategies. Then, we introduced various kinds of a/c TM-based catalysts such as a/c TM-based alloys, oxides and hydroxides, nitrides/phosphides/sulfides, and composites. In addition, the roles of a/c interfaces on the performance promotion for OER and HER have been analyzed, which involved the active sites increasement with optimized d-band center, catalytic kinetics acceleration with fast electron transfer, and stability enhancement with electron density redistribution. Finally, we proposed the existing challenges and further perspectives referring to the precise synthesis, in-depth activity investigation and performance promotion.



中文翻译:

用于高性能水分解的无定形/晶体异质结构过渡金属基催化剂

过渡金属基(TM-based)催化剂的合理相工程是提高水分解中析氧反应(OER)和析氢反应(HER)催化性能的有效策略。结合结晶相的高电导率和有序的原子排列和具有丰富不饱和位点的非晶相的高活性,更多具有优化电子结构的非晶/结晶 (a/c) 异质结构 TM 基催化剂已被证实具有优异的 OER 和 HER 性能平衡的活动和稳定性。然而,用于水分解的 a/c TM 基催化剂的合理设计往往被忽视。在这篇综述中,我们首先总结了构建 a/c TM 基催化剂的非晶化/结晶策略,包括热解方法,成分调整方法、电化学方法、化学蚀刻和其他策略。然后,我们介绍了各种a/c TM 基催化剂,例如a/c TM 基合金、氧化物和氢氧化物、氮化物/磷化物/硫化物和复合材料。此外,还分析了 a/c 界面对 OER 和 HER 性能提升的作用,包括通过优化 d 带中心增加活性位点、通过快速电子转移加速催化动力学以及通过电子密度重新分布提高稳定性. 最后,我们提出了存在的挑战和进一步的观点,包括精确合成、深入的活动调查和性能提升。我们推出了各种a/c TM 基催化剂,例如a/c TM 基合金、氧化物和氢氧化物、氮化物/磷化物/硫化物和复合材料。此外,还分析了 a/c 界面对 OER 和 HER 性能提升的作用,包括通过优化 d 带中心增加活性位点、通过快速电子转移加速催化动力学以及通过电子密度重新分布提高稳定性. 最后,我们提出了存在的挑战和进一步的观点,包括精确合成、深入的活动调查和性能提升。我们推出了各种a/c TM 基催化剂,例如a/c TM 基合金、氧化物和氢氧化物、氮化物/磷化物/硫化物和复合材料。此外,还分析了 a/c 界面对 OER 和 HER 性能提升的作用,包括通过优化 d 带中心增加活性位点、通过快速电子转移加速催化动力学以及通过电子密度重新分布提高稳定性. 最后,我们提出了存在的挑战和进一步的观点,包括精确合成、深入的活动调查和性能提升。这涉及通过优化 d 带中心增加活性位点,通过快速电子转移加速催化动力学,以及通过电子密度重新分布提高稳定性。最后,我们提出了存在的挑战和进一步的观点,包括精确合成、深入的活动调查和性能提升。这涉及通过优化 d 带中心增加活性位点,通过快速电子转移加速催化动力学,以及通过电子密度重新分布提高稳定性。最后,我们提出了存在的挑战和进一步的观点,包括精确合成、深入的活动调查和性能提升。

更新日期:2022-10-31
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