主族元素在过渡金属基电解水催化剂中的应用研究进展

H₂是一种理想的清洁可再生能源。可持续制氢是实现未来氢经济的重要前提。电催化作为水裂解制氢的重要方法，在过去几十年里一直是人们广泛研究的课题。催化剂是实现这一能源转换反应的重要媒介。现阶段主要的电解水制氢催化剂材料是过渡金属，特别是贵金属。它们作为电催化剂的主体，提供了催化反应的活性中心，确保了电化学反应的高效稳定进行。为了进一步提升这些过渡金属的活性和稳定性，同时降低由于它们稀缺储量导致的昂贵成本，近期的许多研究也将催化剂的材料选择拓展至过渡金属以外的其他元素。尽管这些非过渡金属材料在大部分情况下并不是催化活性中心，但是它们能够显著调节催化剂性能。本文总结了几种不同类型的主族元素在催化剂设计和制备中的应用，并且深入讨论了这些催化剂中主族元素促进电解水过程的作用机制，重点阐述了主族元素对过渡金属基电催化剂电子结构和相稳定性的影响，以及与催化活性之间的关系。目前对于非过渡金属电催化剂的设计和催化机制方面的研究仍然处于发展阶段，亟需更多的表征手段深入研究，因此利用瞬态光电压测试系统，展示了一种测试电催化中界面电子转移过程的新方法。最后，提出了非过渡金属元素应用在电催化...