氢是一种理想的能源载体，在未来的能源转型中具有至关重要的作用。电化学水分解，特别是由可再生能源提供动力，已被认为是可扩展生产高纯度氢且无碳排放的有前途的技术。实现其商业化关键在于减少电力消耗并因此降低氢气成本，因此需要高效且具有成本效益的电催化剂，能够在高氢气输出下稳定地工作。这要求电催化剂具有以下特征：1）高活性的内在位点，2）大量可及的活性位点，3）有效的电子和质量转移，4）高的化学和结构耐久性以及5）低成本且可扩展的合成。对于实用的电催化剂，应同时满足上述所有要求。人们已经致力于解决一个或几个方面，特别是通过活性位点的电子调节来改善电催化活性，然而很少有综述集中总结于基于这些方面的协同调节，这对于先进的电化学水分解是必不可少的。

有鉴于此，中科院化学研究所胡劲松研究员总结了最新的创新策略，重点是非贵金属电催化剂协同调节固有活性位点，电子传输，传质，气体析出以及机械和化学耐久性的策略以进行高效水分解。对于阴极析氢反应（HER）和阳极析氧反应（OER），总结了以下耦合这些方面的方法。

文章要点

1）协同电子调节。催化部位的电子结构决定了反应性中间体的吸附/解吸，从而决定了内在活性。可以通过异质掺杂，应变效应，自旋极化等来调节它。耦合这些效应以优化反应路径或同时靶向活性和稳定性将提高电催化性能。

2）协同电子和晶体调节。结晶度，结晶相，结晶面，结晶缺陷等都会影响活性和稳定性。将这些效应与电子调制相结合将增强活性和稳定性。

3）协同电子和形态调节。专注于同时调节电子结构，以改善内在活性和形态，以增加可访问的活性位点，特别是通过单次作用或处理。传质和气体析出特性也可以通过形态调节来增强，以实现高产量的水分解。

4）基本反应的协同调节。电催化反应通常由几个基本反应组成。每个反应可能需要一个特定的活动站点。设计和组合针对空间有限的催化剂表面上每个基本步骤的各种组分，将平衡中间体和这些步骤，以加速整个反应。

5）集成的电催化剂设计。必须综合考虑所有这些策略，以将所有以上基本特征集成到一种电催化剂中，以实现高产量的水电解。

6）除了迄今为止取得的进展之外，作者还讨论了未来面临的挑战和机遇。作者希望通过这些策略，为实现经济高效且可扩展的氢气生产以合理设计实用的水分解电催化剂。

Wen-Jie Jiang, et al, Synergistic Modulation of Non-Precious-Metal Electrocatalysts for Advanced Water Splitting, Acc. Chem. Res., 2020

DOI：10.1021/acs.accounts.0c00127

https://doi.org/10.1021/acs.accounts.0c00127