氢燃料被认为是最清洁的可再生资源之一，是未来能源供应中化石燃料的主要替代品。电催化分解水是一种生产高纯度氢气的环保技术。然而，其两个半反应——析氢反应(HER)和析氧反应(OER)的迟缓动力学是阻碍该技术实际应用的严峻挑战。近年来，外部域场辅助的HER和OER吸引了广泛的研究兴趣。

有鉴于此，新加坡南洋理工大学颜清宇教授和新加坡科技研究局Jianwei Xu等人，系统地讨论了电场，磁场，应变和光等各个领域对电催化HER和OER的影响。重点是如何将外部场与电催化系统整合以及场促进的HER/OER活动的基础知识。最后，重点介绍了这个快速发展的研究领域所面临的主要挑战，并指出了解决这些挑战的可能策略。

本文要点

1）外部场不仅可以调节催化剂的内在活性，而且可以调节催化剂-电解液界面的局部环境。到目前为止，研究人员已经在电场辅助电催化HER和OER方面取得了实质性的进展，这些进展通过明显的过电位降低和塔费尔斜率得到验证。然而，对它们的研究还处于起步阶段。

2）从电场、磁场、应力与光四个方面进行了的总结：（1）栅极电场可以通过静电耦合作用调控电催化剂的电导率、反应中间体在活性位点的吸附强度以及催化剂/电解液异相界面的离子分布；（2）磁场通过洛伦兹力加速电解液中的物质传输，通过磁致热效应提升电催化剂的局域温度，并通过自旋排列调控电催化作用的反应路径；（3）应力能够调节活性位点的d带，包括其能级与态密度，从而调控其固有活性；（4）光能够通过表面等离激元共振效应来提升载流子的能态，通过光热效应来提升电催化剂的局域温度以及通过光诱导半导体/绝缘体–金属相变以增加电催化剂的导电性。

3）未来的研究方向主要分为三个方面：（1）外场辅助的电催化系统的结构优化。例如，使用高介电常数的介电层可以提高栅极电压感应的载流子浓度，从而促进电场辅助的电催化反应；（2）多个外场协同辅助的电催化系统的构建。理论上，外场的多样性及其相互兼容性为多场辅助的电催化反应提供了丰富的潜在方案；（3）外场辅助电催化反应的拓展（如二氧化碳还原、氮还原、氧还原）。例如，基于Cu基催化剂的光热效应辅助的二氧化碳还原反应。

总之，总之，外场辅助技术可以有效地改善电催化性能，同时其与纳米技术可以结合，对高性能电催化系统的设计与实现具有重要意义。

参考文献：

Jiandong Yao et al. Promoting Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction and Oxygen Evolution Reaction by Fields: Effects of Electric Field, Magnetic Field, Strain, and Light. Small Methods, 2020.

DOI: 10.1002/smtd.202000494

https://doi.org/10.1002/smtd.202000494