秦睿,，王鹏彦，林灿，曹菲，张金咏，陈磊,＊，木士春,,＊

1 武汉理工大学，材料复合新技术国家重点实验室，武汉430070

2 佛山仙湖实验室，先进能源科学与技术广东省实验室佛山分中心, 广东 佛山528200

1 前言

当前，化石燃料的过度开采和使用导致了不可再生能源的日渐枯竭及全球空气污染的加重，使得氢等清洁可再生新能源的生产及氢燃料电池、金属-空气电池等电化学能量转化装置的应用受到人们极大的关注，并逐步在实践中得到应用。然而，如何高效、绿色地制氢及高效运转氢燃料电池、金属-空气电池等电化学能量转化装置已成为研究关键。考虑到催化效率、可再生性和环保等问题，电解水被认为是最有前途的制氢方法之一。电化学全解水主要涉及两个半反应，即析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction，HER)和析氧反应(Oxygen Evolution Reaction，OER)。上述半反应均为多级反应，尤其是OER，其过程为多电子转移反应，导致其反应进程较为缓慢1–3。对于氢燃料电池，主要通过阳极氢氧化反应(Hydrogen Oxidation Reaction，HOR)和阴极氧还原反应(Oxygen Reduction Reaction，ORR)实现能量转换4,5。与上述OER过程相似，ORR过程动力学也非常缓慢；而锌空电池的充电过程涉及OER，放电过程涉及ORR，这两个过程决定了锌空电池的能量转换效率6–8。为了加速这些反应过程，催化剂的使用显得尤为重要。对于上述的HER (Pt/Ru/Ir基催化剂)、OER (Ru/Ir基催化剂)、ORR(Pt基催化剂)等电催化反应，贵金属基催化剂仍然是催化效果最佳9,10。然而，贵金属在地壳中含量稀缺且成本贵昂，因此极大地限制了其实际应用。无疑，研究和开发储量丰富的过渡金属催化剂成为当前研究的重点。……