大量的研究表明，精确控制电催化剂的结构和形貌可以提高其对各种重要反应的催化性能，如氧还原/析氧反应（ORR/OER）、氢氧化/析氢反应（HOR/HER）、CO2还原/氮还原反应（CO2RR/NRR）等。
近日，中科院化学研究所万立骏院士，胡劲松研究员总结了精确控制电催化剂的结构和形貌的最新研究进展，重点是课题组通过各种规模的限制策略精确合成高效电催化剂的解决方案。通过将限制效应分类为前体自约束，纳米限域和化学结合原子限制的代表性研究，系统地总结了从宏观到纳米和原子水平合成定义明确的结构的限制策略。
文章要点
1）前驱体自约束策略。具有宏观分级微/纳米阵列结构的电极具有较大的暴露表面积和高强度的电子传输和传质以及快速气体释放的结构优点，这使得高性能电催化能源器件成为可能。预合成前驱体的自约束效应有望在宏观水平上合理设计和精确制造此类电极。
2）纳米限域策略。金属团簇和纳米颗粒（NPs）为反应物/中间体的吸附、活化和转化提供了不同的表面位置。零维纳米孔、一维纳米通道、二维层间空间和三维互连纳米通道等纳米空间的限域使得能够在纳米水平上合成形貌和结构可控的纳米团簇和NPs，从而能够研究中间体的聚集活化、与载体的相互作用、与尺寸相关的结构-性能关系等。
3）化学结合原子限制策略。化学结合限制使得合成单原子催化剂（SACs）成为可能，其能够在原子水平上精细地调整其电子结构和化学环境，为深入了解潜在的催化过程和结构提供了结构−性能关系。
4）综合限制策略。综合考虑这些限制效应，可以有效地缓解高密度SACs等合成领域的挑战。
5）基于这些见解，作者提出了从宏观到原子水平精确合成下一代结构精准的电催化剂仍面临的挑战和可能的解决方案，即探索合适的限制效应并将其与其他技术相结合，以弥补基础研究和工业应用之间的差距。
参考文献
Lu-Pan Yuan, et al, Confinement Strategies for Precise Synthesis of Efficient Electrocatalysts from the Macroscopic to the Atomic Level, Acc. Mater. Res, 2021
DOI: 10.1021/accountsmr.1c00135
https://doi.org/10.1021/accountsmr.1c00135
