进一步认识化学驱动力在电解水中的机遇与挑战

brief background

氢气是人类社会可持续发展的理想燃料。在过去数十年中，通过给催化剂施加电压将水分解制取氢气吸引了大量的研究兴趣。合适的催化剂可以降低水分解的活化能，提升反应速率。而催化剂材料的晶型、电子结构以及组分会随着施加的电压动态变化（即重构）。一般而言，电解水反应以及催化剂表面重构的驱动力皆默认为来自外部施加的电压。

然而，随着原位表征技术的应用以及认知的进步，学者们逐渐认识到，化学驱动力在表面重构、反应速率/机理以及反应后的催化剂与水分子之间的化学氧化还原反应中起着关键的作用。

problems addressed

该工作梳理并总结了电解水反应前、反应中以及反应后，化学驱动力的来源及其对表面重构、反应速率/机理和界面氧化还原反应的影响，并指出了进一步认识化学驱动力在电解水中的机遇与挑战。

major highlights

香港理工大学黄海涛教授课题组在EcoMat发表综述性文章，全面归纳并分析了电解水三个阶段存在的化学驱动力。首先简要介绍了化学驱动力的不同场景及其相应的来源；其次总结了涉及化学驱动力的工作，并揭示了它们对电解水的影响；随后得出的结论是化学驱动力对催化剂的表面重构、催化反应活性、反应机理以及反应后催化剂与水分子之间的化学氧化还原反应都有影响；结尾提出了电催化中化学驱动力的几个研究方向，以供读者参考。

该工作的目标是提高能源界对这一新观点的认识，并希望它能为能源存储和转换应用的材料设计做出贡献。

Figure 1. Chemical driving force in three different scenarios. (A) and (B) Schematics of the Pourbaix decomposition free energy (ΔGpbx) as a function of OCP at certain pH, where M denotes the stable species on Pourbaix diagram and N represents the as-synthesized catalysts. (C) and (D) Chemical driving force versus electrostatic driving force under bias. Itemsc e and c e refer to the electrochemical and chemical potentials of the catalyst. Itemse e and e e refer to the electrochemical and chemical potentials of the electrolyte. (E) and (F) Redox potentials of catalysts and water molecules. Cat(L) and cat(H) refer to catalysts with low and high redox potentials, respectively; H2O/H2 and O2/H2O refer to the chemical equilibrium potentials between H2O and H2 as well as O2 and H2O, respectively.

文章信息：

Gao Chen, Chao Wei, Yanping Zhu,* Haitao Huang,* Emerging chemical driving force in electrocatalytic water splitting, EcoMat, 2022; e12294

原文链接：

https://doi.org/10.1002/eom2.12294

审核编辑：刘清