吉林大学化学学院邹晓新

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多相催化是现代化工行业的重要组成部分。探索先进的多相催化剂一直是解决全球性技术挑战的一个主要问题。固体材料的催化行为主要依赖于其表面的化学吸附性能。对于具有不同原子排列的固体材料，它们具有不同的电子结构，通过催化剂表面与吸附质之间的电子相互作用来决定中间体的吸附强度。催化剂设计策略旨在构建所需的原子排列来改善活性，如晶相工程、合金化、缺陷工程、掺杂，引入基底和界面工程等。其中，晶相工程是一个很有前景的优化策略，因为它能使所有具有催化活性的原子重新排列以形成新的晶型。这为合理地操纵原子以发现有发展空间的结构框架和实现更好的异质结构提供了巨大的机会。
        基于此，吉林大学 邹晓新教授团队综述了有关电催化剂晶相工程的理论研究和实验进展。首先介绍了电催化剂晶相的基本认识，阐释了催化剂体相结构和表面催化层之间的辩证关系，强调了晶相工程在电催化研究领域中的重要作用。然后介绍了调控晶相的实验合成方法。重点讨论了晶相工程在不同种类电催化剂中的应用，特别强调了构建晶相-催化活性构效关系的重要性。最后提出了电催化材料晶相工程策略的未来发展方向。

        本文要点：
         1) 晶相工程的基础认知：晶相是固体材料的一个基本性质，它可以描述晶体中原子的排列。晶体相工程是指改变原子的排列来调节材料的物理和化学性质。晶相工程由于其具有较强的电子结构和配位化学控制能力，已成为多相催化研究的重要策略。其主要功能包括：比较不同催化相有助于揭示相活性关系；非常规相可能会导致优异的催化性能；非常规相可能产生新的催化应用。
        2) 晶相调控合成方法：介绍了三种主要的晶相控制合成的方法，包括以固相法、湿化学法和气相沉积法为代表的直接合成方法，以及诱导相变和模板法。晶相工程诱导的性能提高可归因于许多内在原因，如产生具有高内在活性的催化中心、增加活性中心密度、提高电导率和改善结构稳定性等。
        3) 电催化剂的相工程研究进展：主要涉及体系包括(i) 金属/合金。以Ru、Au等金属及合金为代表的一类金属催化剂，通过晶相工程调控，具有不同的形貌结构和电子结构，大幅度改善催化剂性能。（ii）金属硫属化合物。关于MoS2的1T、1T′、2H及1T′/2H异质结构材料、其他过渡金属（W、Co等）的二维硫属化合物和非层状的金属硫属化合物在晶相工程方面的电催化研究。(iii) 金属氧化物。晶相工程在锰基、铁族、铱基等氧化物电催化剂方面的研究工作。(iv) 其他金属化合物电催化剂。晶相工程在金属硼化物、磷化物、碳化物及硅化物电催化体系的应用。
        Hui Chen, Mingcheng Zhang, Yanfei Wang, Ke Sun, Lina Wang, Zhoubing Xie, Yucheng Shen, XindiHan, Lan Yang*, and Xiaoxin Zou*. Crystal phase engineering of electrocatalysts for energy conversions. Nano Res., 2022, 10.1007/s12274-022-4605-y.