华东理工综述：晶格应变工程提升电解水制氢性能

作者|碳中和产学研 来源|碳中和产学研(ID：carbonneutral_tech)

论文简介：

发生在阴极的析氢反应(HER)作为水电解的关键半反应，直接决定了整个产氢效率。为了提高电化学水裂解制氢的效率，需要开发高效、稳定的催化剂。应变工程是一种有效且有发展前景的策略，它可以通过调节晶格应变来调控催化剂的电子结构，最终优化HER动力学。华东理工大学的轩福贞和张博威等人在Materials Horizons发表论文，综述了应变工程在HER中的最新进展，并展望了该领域的发展前景。作者详细介绍了制备方法和表征技术，总结出的结论可能为催化裂化反应和其他多相催化反应(如化学传感、CO还原和NH合成)的先进催化剂的设计和制造提供参考。

图文速览：

Fig. 1: Visualization of current trends in research on strain engineering, along with co-occurring keywords. Lines connecting two keywords, size of circle of each keyword, and color of circle indicate the relevance of the keywords, the frequency of keywords appearance, and average publication date, respectively. Source: Web of Science database in the last seven years.

Fig. 2:  Outline diagram of synthesis strategies, characterization of strain and application of strain engineering in electrocatalysts for hydrogen evolution.

Fig. 3:  Strategies for introducing strain. 

Fig. 4: Substrate-induced direct strain.

Fig. 5:   Substrate-induced indirect strain.

Fig. 6:  The mechanisms of strain engineering for HER.

论文结论：

近年来，应变工程作为调控材料电子结构以提高催化效率的有效方法得到了迅速发展。本文综述了HER电催化剂中应变工程的研究进展，系统地介绍了诱导应变的方法及相关表征技术。作者详细讨论了应变工程纳米材料(包括SACs)在HER中的实验结果。应变工程的调控机制本质上是对催化剂电子结构的调控。理想的应变使过渡金属基催化剂的d带中心向费米能级转移。d带中心的上移或下移本质上是为了使氢吸附强度接近理想值。例如，d带中心的上移调节了与氢σ*轨道的重叠和金属-H键的强度，从而调节了吸附质的吸附和解吸过程。d带中心的下移降低了H中间体的吸附能，促进了氢从催化剂表面的解吸。应变还能减小带隙，提高导电率。例如，MoS通过拉伸应变成功地从半导体转化为金属，加速了催化剂与反应物之间的电荷转移。晶格畸变可以改变原子在平面上的排列顺序，或暴露出具有不同催化晶体表面指数的金属位，从而增加活性位的电子密度。值得注意的是，在实验中，应变效应往往与其他效应混杂在一起，但它们表现出良好的协同作用。正如缺陷工程与掺杂工程之间的协同效应可以通过应变工程来增强一样。

全文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/MH/D2MH01171A

编者按：本文转载自微信公众号：碳中和产学研(ID：carbonneutral_tech)，作者：碳中和产学研