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催化劑在電解水反應中起到關鍵作用，催化劑的使用能夠降低HER和OER反應能壘。人們通過選擇合適的材料、設計催化劑的微結構、改變各種工程化技術等方式能夠增強催化劑的本征催化活性。但是，由于催化劑微結構、催化劑的維度、催化劑-電解液-氣體的動態變化、表面化學性質、電極內的電子轉移、電極的各個部件之間的電荷轉移等導致電催化反應能量消耗的問題被人們忽略。開發具有大電流密度是綠氫制備的基本需求，這需要將本征催化活性轉化為進行可持續進行大電流密度進行電催化。

有鑒于此，新南威爾士大學Sean Li、Wenxian Li等綜述目前增強質量交換、電荷轉移、降低電池內阻等減少能耗的方法，旨在實驗室發展的高活性催化劑與工業應用之間建立橋梁，從包括催化劑結構設計、表面化學性質、催化劑-電極界面等方面進行討論。對電解水領域的多級結構電極設計用于減少電解水能耗進行總結。

本文要點

(1)

這項綜述從材料組裝從而將高活性的材料構筑多級納米結構，從而有助于電解水過程微環境的質量交換。催化劑的多級結構設計非常重要，這使得能夠將不同功能的多個組分集成到一個材料，從而降低催化劑的能量消耗，增加電解水的能量效率。

(2)

總結了多級結構催化劑在降低能量消耗的各種方法，隨后總結了各種多級結構設計，包括微孔、介孔、大孔、多級孔等孔結構。對納米粒子之間的電荷轉移與納米粒子之間的化學鍵進行對照，對各種導電集流體在增加電極的電流密度進行討論。從理論和實驗角度對多級結構催化劑的設計面臨的挑戰問題進行特別介紹，比如功能結構的選擇與組合，多孔微環境的表征，催化劑穩定性情況。

參考文獻

Wenxian Li, Yang Liu, Ashraful Azam, Yichen Liu, Jack Yang, Danyang Wang, Charles Christopher Sorrell, Chuan Zhao, Sean Li, Unlocking Efficiency: Minimizing Energy Loss in Electrocatalysts for Water Splitting, Adv. Mater. 2024

DOI: 10.1002/adma.202404658

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202404658