全球人口不斷增加，能源需求日益擴(kuò)大，氣候變化和環(huán)境問題日益嚴(yán)重，如何保護(hù)我們賴以生存的地球家園，不可謂不迫在眉睫！
圖1. 未來能源
和可再生能源相結(jié)合，電催化能源轉(zhuǎn)化和存儲技術(shù)是取代化石能源，減少排放，獲取高價值化學(xué)品的重要途徑。其中，電催化劑材料是電催化能源轉(zhuǎn)化和存儲的核心，起到了提高轉(zhuǎn)化效率和選擇性的作用。
設(shè)計和發(fā)展新型電催化劑，是目前電催化能源轉(zhuǎn)化的當(dāng)務(wù)之急！
圖2. 能源轉(zhuǎn)化路徑
有鑒于此，Thomas F. Jaramillo課題組綜述了近年來電催化四大反應(yīng)（HER, HOR, ORR, OER）電催化劑的重要發(fā)展，從理論計算和實驗兩方面討論了如何設(shè)計更好的電催化劑。
圖3. 電催化劑發(fā)展策略
過去十年以來，以水、H2、O2為主的電催化轉(zhuǎn)化過程獲得了大量進(jìn)展，理論和實驗的結(jié)合使研究人員對電催化的機(jī)理的理解得到了進(jìn)一步加深。HER近年來在非貴金屬酸性體系取得了去多重大突破性成果，ORR和OER催化劑也進(jìn)展頗大。
圖4. HER電催化劑
圖5. ORR電催化劑
圖6. OER電催化劑
通過催化劑劑材料設(shè)計，提高活性位的數(shù)量，或者提高活性位的本征活性，是提高電催化能源轉(zhuǎn)化的2大基本策略。而理論結(jié)合實驗，也成為了催化劑材料設(shè)計的趨勢。
總之，通過理論計算和實驗評價的有機(jī)結(jié)合，加深對電催化機(jī)理的理解，控制設(shè)計更高活性、選擇性和壽命的電催化劑，是未來全面實現(xiàn)可持續(xù)能源的重要期待……
圖7. ORR微動力學(xué)模擬
圖8. 其他電催化反應(yīng)
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