光电化学(PEC)分解水技术能够将太阳能直接转化为易于存储和易于运输的清洁能源而受到广泛的关注，是未来解决能源危机和环境问题的有效技术途径之一。基于金属氧化物的光电极材料如氧化亚铜 (Cu2O) 及钒酸铋 (BiVO4) 等因其易于制备且具备较高的理论光电流密度，是潜在的能够用于规模化生产的光电极材料。然而，目前基于金属氧化物制备的光电极仍然存在着稳定性差和效率低的挑战性难题。如何在提高金属氧化物光电极稳定性的同时提高其光电转换效率成为了前沿科学问题。 近日，中国科学技术大学徐航勋教授课题组从分子结构设计出发，在结…
氢气是一种较为理想的清洁能源，具有高能量密度和燃烧产物无污染等特点。电解水是一种经济高效的产氢方法，制约其发展的重要因素之一是缺乏高效稳定的催化剂。因此，迫切需要研发出成本低廉、合成简便、稳定高效的催化剂。近年来，包括过渡金属硫化物、硒化物、硼化物、磷化物等多种材料已经被用于电催化析氢。其中，磷化镍的碱性催化析氢性能受到了广泛的关注，但是单一相的磷化镍对氢原子的吸附太强，使其催化活性有待进一步提高。 针对上述问题，陕西师范大学材料科学与工程学院江瑞斌教授课题组采用界面调控的策略构建了Ni2P-Ni12P5界面，提高…
开发具有高活性和高稳定性的析氧反应（OER）电催化剂对可再生、安全、零排放的能源技术至关重要。动力学缓慢的析氧反应不仅需要四次连续的质子耦合电子转移，而且还要经历过渡自旋状态。为了提高缓慢的动力学并促进反应进行，已开发了多种高效的OER电催化剂材料。钙钛矿（ABO3）作为一种金属氧化物催化剂，因具有出色的本征活性、结构可调、价格优势和环境友好性而受到广泛的关注。自从经典的钙钛矿材料Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ（BSCF）被报道具有优异的OER电催化活性后，有关优化BSCF本征活性的研究一直是研究…
近年来，受传统能源危机和环境污染等问题的影响，氢作为一种能量密度高、清洁的绿色能源得到了人们的广泛关注。在现有的制氢技术中，电解水制氢不仅是一种较为便捷的制氢方法，而且还提供无碳、高纯度和可持续的制氢途径。但电解水制氢也存在一些限制其规模化发展的瓶颈，如缺乏高效的电催化剂以降低制氢能耗。当前，Pt和Ru/Ir基催化剂分别是最 佳的HER和OER催化剂。然而，贵金属催化剂的高成本和资源稀缺严重阻碍了其广泛应用。因此，高性能、低成本和可规模化的双效全解水催化剂已成为电解水制氢技术的研究热点。 过渡金属磷化物（TMPs）…
太阳能的转化与利用为解决环境污染和能源短缺，满足日益增长的能源需求和更低的二氧化碳排放要求提供重要契机。通过光催化分解水产氢和CO2还原可以将太阳能转化为更有利用价值的化学能，被认为是取代化石燃料的重要途径。众所周知，量子效应导致低维材料的性能与其块状材料有很大的不同，同时，低维材料具有较大的比表面积，使其表面有更多的活性位点。通过构建异质结结构，可以设计出高质量的界面和完美匹配的能带结构，促进电子空穴快速分离并增强载流子传输能力。石墨相氮化碳（g-C3N4）是一种廉价的非金属光催化剂，具有良好的化学稳定性、适合的…
作为一种理想的能量载体，氢气具有清洁、来源广泛、能量密度高、可持续的明显优势。氢气的制取作为氢能源应用的一个重要研究方向正受到全球研究人员的广泛关注。通过高效电催化剂的改性在尽量低的电能作用下实现水的分解制取氢气和氧气是该领域的一个重要课题。如何克服现有电催化剂普遍过高的析氢反应（HER）和吸氧反应（OER）过电位成为分解水电催化剂商业化应用的关键技术。因此，开发稳定、高效、廉价、工艺简单的全解水电催化剂具有广阔的应用前景和市场价值。 目前，基于过渡金属含氧化合物的全解水电催化剂（包括氧化物、羟基氧化物、层状双氢氧…
传统的石油和化石能源的消费引起了能源短缺、全球气温变暖和环境污染等问题，是当前人类所面临的重大挑战。在此背景下，以低能耗、低污染为基础的低碳经济正成为全球关心和研究的热点。氢气作为一种高效清洁的二次能源载体，被认为是未来人类重要的清洁能源来源。因此，开发和利用无污染的氢能源是实现低碳经济的一种重要途径。而开发无污染、低成本的制氢技术日益受到各国的高度关注。 利用间歇性能源（如风能、潮汐能等）产生的电力在电催化剂的存在下将水分解成氢气一直被认为是一种以化学键形式储存清洁能源的理想方法。传统的以贵金属尤其是铂、铱为基础…
析氢反应（HER）、析氧反应（OER）以及氧还原反应（ORR）电催化剂的发展是制约可持续清洁能源转换和存储技术（如电解水、金属-空气电池等）的关键。目前商用电催化剂仍然主要依赖于贵金属及其合金或氧化物，然而高昂的价格不利于其大规模的普及运用。近年来，单原子催化剂以其100%原子利用率和优异的催化性能受到了研究人员的广泛关注。然而，绝大多数的单原子催化剂仅仅只能催化其中一种反应，这不能满足对诸如全解水（HER/OER）和金属空气电池（ORR/OER）等多功能电催化的需求。因此，设计高效、廉价并具有多功能电催化剂显得尤…
对完全清洁可再生能源的迫切需求迫使我们聚焦于高性能电解水材料的研究。电解水过程由阴极氢析出（HER）和阳极氧析出两部分反应组成。然而这两个反应都受限于动力学缓慢且要额外的能量（过电势）来使反应在可观的速率下进行。水裂解速度越快，所需的能量也越大。因此需要使用电催化剂来降低水裂解的过电势。然而，迄今为止，性能最优的电解水催化剂都是基于贵金属材料的，如用作阴极的Pt和用于阳极的IrO2 或RuO2。因此，发展高活性、高稳定性的非贵金属电催化剂尤为重要。 近期，新加坡南洋理工大学颜清宇教授课题组在全解水电催化剂研究中取得…
电化学全解水制氢是一项实用化且环境友好型工业技术，其电解过程中所需电能可以利用可再生风能、核能等获取，同时其产物氢气是一种零碳含量的可再生清洁能源，具有较高的热值和利用率，在工业和社会生活中是代替化石能源的“新宠儿”。然而，全解水反应受限于两个半反应（析氢和析氧反应）较大的活化能垒，在热力学和动力学上均难以直接实现，需要借助高效的电极催化材料来降低两个半反应的过电势，从而促进氢气的不断生成。目前，铂基材料和铱、钌氧化物等贵金属材料分别被认为是电化学析氢和析氧反应的高活性催化剂，但是其价格昂贵、自然丰度低、稳定性不好…