基于理论指导的电催化剂调控:从机制分析到结构设计(英文) |
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引用本文: | 张明程,张可新,艾轩,梁宵,张琪,陈辉,邹晓新.基于理论指导的电催化剂调控:从机制分析到结构设计(英文)[J].催化学报,2022(12):2987-3018. |
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作者姓名: | 张明程 张可新 艾轩 梁宵 张琪 陈辉 邹晓新 |
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作者单位: | 吉林大学化学学院无机合成与制备化学国家重点实验室 |
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基金项目: | supported by the National Natural Science Foundation of China (21922507, 22179046, 21621001);;the Jilin Province Science and Technology Development Plan (YDZJ202101ZYTS126, 20210101403JC);;the Science and Technology Research Program of Education Department of Jilin Province (JJKH20220998KJ);;the 111 Project (B17020)~~; |
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摘 要: | 电催化在许多清洁能源转换技术中起着核心作用,能够与光伏、风电和水电等可再生能源发电系统耦合,解决全球能源和气候危机.一些重要的电化学转化过程,包含析氢反应(HER)、析氧反应(OER)、氧还原反应(ORR)、氮还原反应(NRR)和二氧化碳还原(CO2RR)等,引起了广泛的研究兴趣.实现这些电催化技术大规模应用的核心在于开发先进的电催化材料.传统电催化剂的研发依赖于“试错法”实验合成,这一过程耗时漫长、成本较高.近20年来,基于理论指导的新材料开发成为更先进的电催化剂设计思路,这主要受益于:(1)重要的基本理论、活性描述符与催化剂机制的确立;(2)计算化学在电化学领域的成熟.这些进展揭示了电催化剂的构效规律,加速了电催化剂的研发过程.本文梳理了电催化剂设计理论发展的关键历程.首先,萨巴捷原则指出理想催化剂的吸附应该是“中庸”的:过弱的吸附无法使反应发生,过强的吸附将导致催化剂表面被覆盖而无法进一步反应.火山型曲线准确描绘了这一现象,并为此提供了可定量的数学表达,但仍缺少量化吸附的物理量.随着计算机技术与密度泛函理论的不断发展,人们能够获得吸附能、活化能等微观物理量.同时, Br?nste...
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关 键 词: | 电催化 d带理论 线性关系 萨巴捷原则 描述符 |
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