综述：薄膜电催化剂在水分解应用中的研究进展

本综述系统阐述了纳米材料薄膜的物理化学制备方法及其在电化学水分解（HER/OER）中的应用优势与局限，重点探讨了通过形貌调控、纳米结构设计提升薄膜催化活性的策略，为开发高效稳定的非贵金属催化剂（如FeCoNiCrMn高熵合金薄膜）提供了理论依据。

　　

反应机理

电化学水分解包含阳极氧析出反应（OER）和阴极氢析出反应（HER）两个半反应。在酸性介质中，HER通过2H⁺ + 2e^- → H₂路径进行，而碱性条件下OER遵循4OH^- → O₂ + 2H₂O + 4e^-机制。研究发现，薄膜催化剂相较于块体材料可显著降低过电位，例如FeCoNiCrMo高熵合金薄膜在10 mA cm^-2电流密度下仅需282 mV过电位。

薄膜制备技术

物理气相沉积（PVD）和电化学沉积（ED）是主流制备方法。其中脉冲激光沉积（PLD）可精确控制薄膜厚度至纳米级，而离子液体辅助电沉积能在常温下获得高结晶度薄膜。印度学者开发的NiFe(OH)₂-SD/NF薄膜通过简单电沉积法即实现OER、尿素氧化（UOR）和肼氧化（HzOR）三功能催化。

材料创新

过渡金属氧化物薄膜因成本优势备受关注，如TiO₂负载的单原子Pt薄膜表现出优异HER活性。二维材料领域，氮掺杂MoS₂/石墨烯杂化薄膜通过化学气相沉积（CVD）法制备，其边缘活性位点密度比体相材料提升3个数量级。

性能优化策略

1）界面工程：通过构建CoMn/CuNiP/NF多级结构，电荷转移电阻降低至12 Ω·cm^-2

2）缺陷调控：阳极氧化TiO₂纳米薄膜中氧空位使HER塔菲尔斜率降至55.8 mV dec^-1

3）复合设计：碳纳米纤维支撑的单原子催化剂（SACs）薄膜兼具高导电性和原子利用率

挑战与展望

当前薄膜催化剂面临的主要问题包括：1）大规模制备的均匀性控制 2）酸性条件下过渡金属溶解 3）长时间运行的机械稳定性。未来发展方向聚焦于：1）机器学习辅助高通量筛选 2）原位表征技术揭示活性位点动态演变 3）开发自修复薄膜材料。值得注意的是，多步欠电位沉积技术与超临界流体处理的结合，有望突破传统退火工艺对薄膜结晶度的限制。