非贵金属电催化析氢催化剂的应用（过渡金属基析氢电催化剂的电子结构工程）
非贵金属电催化析氢催化剂的应用（过渡金属基析氢电催化剂的电子结构工程）【文章简介】电解水制氢是代替化石能源的最佳选择之一。然而，在工业生产中，电解水产氢受到贵金属价格昂贵、反应动力学缓慢的限制。因此，开发效率更高，成本低廉的非贵金属电催化剂材料是发展电解水制氢技术的关键。对过渡金属基电催化剂电子结构的调控能够有效改善中间产物在催化活性位点的吸附，加快反应动力学，从而提高催化性能。通讯作者：彭祥*，刘治田*，朱剑豪*单位：武汉工程大学，香港城市大学【研究背景】
武汉工程大学熊礼威/彭祥和香港城市大学朱剑豪教授，Nano Energy综述：过渡金属基析氢电催化剂的电子结构工程
【文章信息】
过渡金属基析氢电催化剂的电子结构工程
第一作者：熊礼威
通讯作者：彭祥*，刘治田*，朱剑豪*
单位：武汉工程大学，香港城市大学
【研究背景】
电解水制氢是代替化石能源的最佳选择之一。然而，在工业生产中，电解水产氢受到贵金属价格昂贵、反应动力学缓慢的限制。因此，开发效率更高，成本低廉的非贵金属电催化剂材料是发展电解水制氢技术的关键。对过渡金属基电催化剂电子结构的调控能够有效改善中间产物在催化活性位点的吸附，加快反应动力学，从而提高催化性能。
【文章简介】
近日，来自武汉工程大学的熊礼威教授与彭祥教授在Nano Energy上发表题为“Electronic structural engineering of transition metal-based electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction”的综述文章。本文主要综述了掺杂、空位、异质结构、应力及相转变等电子结构调控策略与电解水中析氢反应（HER）活性之间的关系。此外，本文还总结了常用的合成方法以及各种调控策略的优缺点及其调控机制。最后，本文介绍了目前面临的挑战并对未来高效催化剂的发展进行了展望。
图1. HER催化剂电子结构调控示意图
【本文要点】
要点一：电子结构与催化活性之间的关系
催化剂与反应物、中间产物和最终产物的吸附能对催化活性具有决定性的作用，且通常用氢吸附自由能（ΔGH*）来描述。吸附能过弱则活性物种不能有效地与催化剂结合，吸附能过强则不利于产物氢气的疏散而导致活性位点被覆盖，只有合适的氢吸附自由能才有利于提高反应效率。对催化剂电子结构（包括电荷分布、态密度、能带结构等）的调控可有效改善氢吸附自由能。
要点二：基于过渡金属催化剂的电子结构调控策略
电子结构调控对提升催化剂的本征活性有着至关重要的作用，而探讨不同调控策略的调控机制及优缺点对设计高性能HER催化剂起到推动作用。掺杂和空位能够改变局域电荷分布以及制造缺陷、异质结构中界面的构建能够实现多功能的催化剂、较小的应力应变就能够带来显著的活性提升、相转变对催化剂整体的电子结构进行调控，从而提升催化活性。
要点三前瞻
基于理论计算的催化反应机理仍然有一定的局限性，理想的模型往往与催化剂真实表面状态有较大差异；对活性位点及催化反应过程的认识仍然有限，因此原位表征手段的应用十分重要，如原位X射线光电子能谱和X射线吸收光谱等；通过对反应活性位点和反应过程中电子结构变化的研究能够为高效催化剂的开发及大规模工业化应用奠定基础。
【文章链接】
Electronic structural engineering of transition metal-based electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285522009594
【通讯作者简介】
彭祥教授简介：武汉工程大学材料科学与工程学院特聘教授，湖北省海外高层次人才计划青年特聘专家。2017年获香港城市大学物理与材料科学专业博士学位，2017-2018年先后任职香港城市大学物理系高级副研究员和博士后研究员。曾获武汉工程大学科技工作先进个人、武汉工程大学教学科研先进工作者、香港城市大学“优秀博士生研究奖”（自然科学类全校1人）、香港城市大学“优秀博士论文奖”（top 2%）、香港城市大学“研究生杰出学术成就奖”、香港城市大学“周亦卿研究生院奖学金”（全校3人）、湖北省优秀硕士学位论文奖、武汉科技大学“校长奖章”（全校1名研究生）等多个奖项。主持国家自然科学基金、湖北省重点研发计划等科研项目。主要研究方向为无机功能纳米材料的合成、材料化学、新能源材料与器件。
刘治田教授简介：湖北省省政府专项津贴获得者，湖北省优秀青年骨干人才，湖北省青年科技晨光计划获得者，武汉市“黄鹤英才”人才计划获得者，是武汉工程大学从美国加州大学，洛杉矶分校（UCLA）引进的留学归国人员，博士师从于中科院院士曹镛教授。先后担任武汉工程大学材料科学与工程学院副院长、武汉工程大学科技处副处长，材料科学与工程学院党委书记兼院长、武汉工程大学科学技术发展院院长。
近年来，作为项目负责人主持国家自然科学基金项目、湖北省技术创新重大专项计划项目、湖北省自然科学基金创新群体项目、湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队计划项目、湖北省青年科技晨光计划，以及武汉市“黄鹤英才”（科技）计划、等项目20余项。同时承担了包括中国航天第十一研究院、中石油科技创新基金等30余项横向项目。近5年公开发表第一作者或通讯作者高水平SCI学术论文60余篇；申请中国发明专利获公开70项，授权发明专利33项，转让发明专利4项。
朱剑豪教授简介：获得俄亥俄州立大学数学学士学位，康奈尔大学化学硕士和博士学位，香港城市大学物理系、材料科学与工程学系及生物医学工程学系的材料工程学讲座教授、美国物理学会(APS)、美国真空学会(AVS)、电气和电子工程师学会(IEEE)、材料研究学会(MRS)和香港工程师学会(HKIE)的研究员、香港工程科学院院士，Clarivate Analytics材料科学领域高被引科学家。研究方向：包括等离子体表面工程、材料科学和工程、表面科学和功能材料。
