浙江大学材料学院潘洪革教授

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燃料电池是一种新型的能源转换设备，而催化阳极氢氧化反应（HOR）的目前最高效催化剂仍然是贵金属Pt基催化剂。为了降低成本，亟需开发用于HOR的非铂族金属电催化剂，从而维持氢燃料电池的高效运行，并实现未来氢能经济。然而，与阴极氧还原反应和电化学析氢反应相比，非铂族金属HOR电催化剂的构筑仍处于早期开发阶段。


       鉴于此，浙江大学潘洪革教授、孙文平研究员和西安工业大学陈建教授等人，总结了近年来非铂族金属电催化剂的最新研究进展，指出了合理设计非铂族金属电催化剂所面临的关键挑战，以期促进非铂族金属电催化剂的未来发展。
      本文要点：
      1) 首先回顾了对HOR机理的基本理解，其中特别讨论了对碱性介质中低HOR动力学的理论解释，包括氢键能理论（HBE）、双功能机理和水分子重组。
      2) 随后，分别总结了在酸性和碱性介质中典型的非铂族金属HOR电催化剂的研究进展。对于碱性条件下的HOR，重点讨论了镍基催化剂的优势和挑战。
      3) 最后，本文对非PGM电催化剂面临的挑战和未来的发展方向进行了展望，非铂族金属电催化剂的进一步发展需要从以下几个方面进行考虑。首先，对于金属基的HOR电催化剂来说，保持金属物种的金属性质是提高活性和耐久性的主要任务；其次，理论研究与实验研究相结合，对于洞悉HOR的机理以及后续的电催化剂设计具有重要意义；第三，目前碱性HOR/HER电催化剂的设计原则主要是基于HBE理论和双功能理论，减轻HBE过强，创造H*和OH*吸附的双活性位点是非常必要的，一些最新发现忽视了相关理论，如界面水分子重组等。
      Guoqiang Zhao, et al. Non-platinum group metal electrocatalysts toward efficient hydrogen oxidation reaction. Adv. Funct. Mater.2021, 2010633.