形貌导向设计双功能电催化剂：高效全解水技术的突破路径

本文推荐研究人员针对传统贵金属电催化剂（Pt/C、IrO2 /RuO2

　　

在全球能源转型背景下，氢能作为零碳燃料成为替代化石能源的关键选项。然而，电解水制氢技术面临两大瓶颈：一是依赖铂(Pt)、铱(IrO₂
)、钌(RuO₂
)等贵金属催化剂，成本居高不下；二是OER涉及四电子转移过程，动力学迟缓导致能耗激增。传统方案需分别优化HER和OER电极，系统集成复杂。针对这些挑战，由Imam Mohammad Ibn Saud Islamic University领衔的国际团队在《Materials Today Chemistry》发表综述，系统阐述了通过纳米结构形貌工程开发双功能电催化剂的最新进展，为一体化电解槽设计提供新思路。

研究采用形貌定向合成（0D量子点至3D多孔框架）、原位表征技术（X射线衍射、拉曼光谱等）及界面工程策略，重点分析过渡金属（Co/Ni/Fe等）的硫化物、磷化物、氧化物等材料体系。通过调控活性位点密度、电子传导性和电解质接触效率，实现同种材料上HER与OER的协同优化。

【Factors affecting electrode performance】
揭示电导率、活性位点数量、比表面积等参数共同决定催化性能。例如，氧空位引入可提升过渡金属氧化物的导电性，而异质原子掺杂（如氮掺杂碳）能优化中间体吸附能。

【Effect of nanostructure shape and morphology】
阐明维度工程对催化效率的调控机制：1D纳米线加速电子传输，2D片层暴露更多边缘活性位点，3D分级孔结构促进传质。CoP纳米片与NiFe层状双氢氧化物复合体系在10 mA/cm^?2
电流密度下过电位降低至198 mV（OER）和98 mV（HER）。

【Conclusions and future prospects】
指出双功能催化剂需解决碱性依赖性问题，未来应开发酸性/中性介质稳定材料。通过机器学习辅助筛选多元金属组合、发展原位表征技术解析动态反应界面，将推动低成本电解槽商业化进程。该研究为联合国可持续发展目标（SDG7）中的清洁能源供应提供了关键技术支撑。