AMR Account｜华中科技大学夏宝玉教授团队：电催化剂动态结构演变的探究与展望

以下文章来源于AMR材料研究述评 ，作者AMR

近日，华中科技大学夏宝玉教授团队在AMR发表Account文章“Exploration and Insight of Dynamic Structure Evolution for Electrocatalysts”，总结了电催化剂结构演变研究的最新进展，包括行为规律与演变机制，以及高效耐蚀电催化剂的开发，同时提出了该领域的机遇和挑战。

关键词：电催化剂，结构演变，重构，腐蚀

The development of highly effective and corrosion-resistant electrocatalysts is the original motive force and goal of studying the structural evolution of electrocatalysts.

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文章内容概述

近年来，原位表征技术的出现和使用证实了电催化剂在电催化反应过程中会不可避免地发生结构和组成的显著变化。该现象源于施加电势、电解质和反应物与电催化剂的相互作用，从而影响材料的催化性能，进而造成基于电催化剂初始状态的构效关系变得毫无意义。电催化剂的结构演变通常被理解为重构，涉及材料活性位点或活性相的转变，以及随之发生的活性和选择性的改变。随着催化反应的进行，重构的电催化剂仍可能会经历进一步的结构演变，具体表现为活性成分损失和催化活性衰减。由于该过程会导致电催化剂的性能退化，因此通常称之为电催化剂的腐蚀现象。显然，研究电催化剂的结构演变机制并揭示真实构效关系将为设计合成具有高活性、稳定性和选择性的电催化剂提供强有力的理论指导。

本篇述评文章介绍了电催化剂结构演变研究领域的最新进展，具体包括：1）讨论了电催化系统中催化剂重构的行为规律和演变机制，以及对几种电催化剂重构行为与过程的调控；2）研究了铂基催化剂在氧还原反应中的腐蚀行为，以及由反应介质触发的催化剂腐蚀溶解机制，同时评述了耐蚀电催化剂和可扩展的碳涂层耐腐蚀策略；3）提出了电化学能源技术中电催化剂结构演变研究的机遇和挑战。

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AMR：请问您选择该领域的

初心是什么？

电催化是发展可持续清洁能源技术的基础科学，而具体的电催化反应与电催化剂是燃料电池、电解水制氢及二氧化碳还原等先进能源技术的基础科学与关键材料。电催化反应特征与性能高度关联于电催化剂的组成和结构等物化性质。受反应环境和操作条件等诸多因素影响，电催化剂在催化反应过程中通常会发生结构演变及腐蚀，从而引起其组成、形态与结构等物化性质发生较大变化，破坏已建立的构效关系，进而改变催化反应过程并影响催化活性与稳定性。因此，开展电催化剂腐蚀化学的系统研究对于明晰电催化反应过程，以及设计和开发高性能电催化剂具有重要的科学意义与实用价值。

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AMR：您认为该领域当前

最值得关注的研究热点

是什么？

目前来看，电催化反应仍面临许多尚未解决的关键科学问题及难点，其间也存在着很多研究机会。包括但不限于以下几个方面：不同催化剂在不同反应体系的结构演变规律以及其发生发展的物理化学机制，以及与此相关的能源技术的工况服役表征监测检测技术，还有匹配先进反应器的高性能电催化剂的设计与开发。

作者团队简介

华中科技大学化学与化工学院

教授，博导，夏宝玉

夏宝玉，华中科技大学化学与化工学院教授，博士生导师。主要从事能源化学、材料化学等领域教研工作。主持科技部重点研发计划课题、自然科学基金等项目，在Science等期刊发表多篇同行评议论文。

华中科技大学化学与化工学院

博士 李富民

李富民博士，华中科技大学化学与化工学院博士后。主要从事CO2电还原、电化学产氨和低温燃料电池方面的工作。作为第一/通讯作者在Accounts of Materials Research、Advanced Materials、Advanced Energy Materials、ACS Catalysis等期刊发表学术论文24篇，论文被引3100余次，H-index为33。主持国家自然科学基金青年项目和中国博士后面上项目。

华中科技大学化学与化工学院

博士研究生 夏琛沣

夏琛沣，华中科技大学化学与化工学院博士研究生，2019年于郑州大学获学士学位。主要研究方向为小分子（CO2、O2）的电化学转化体系设计与高效催化剂探索。

扫码阅读夏宝玉教授团队的精彩Account文章：

Exploration and Insight of Dynamic Structure Evolution for Electrocatalysts

Fu-Min Li, Chenfeng Xia, Bao Yu Xia*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.2c00261

转自：“ACS美国化学会”微信公众号

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