过渡金属基催化剂用于氧析出反应的研究进展

宋乃建，郭明媛，南皓雄，喻 嘉

（1渭南师范学院化学与材料学院，陕西渭南 714099；2海南大学理学院，海南海口 570228；3上海大学材料基因组工程研究院，上海 200444）

随着人类社会对能源需求的不断增长，石油、煤炭和天然气等化石燃料的储备仅可以满足未来几代人的需要。由于化石能源的不可再生性，且在使用过程中排放的CO2和其他污染性气体已经对环境造成了极大地破坏，人类迫切需要一种环境友好、零碳排放、具有成本优势的新型能源技术，以满足人类对未来能源的需求[1-4]。电化学能源转换与储能技术，可以直接将电能与化学能相互转换，具有低成本、高稳定性、能量转换效率高等优点，是理想的解决方案之一。目前主要的电化学能源存储与转换的技术包括电解水制氢[5]、燃料电池[6]和金属空气电池[7]等。水电解反应包括氢析出(HER)和氧析出(OER)反应，它们可以将水转化为H2和O2气体。对于金属空气电池来说，它包括放电过程中的氧还原(ORR)和充电过程的OER 反应。由于OER 是一个四电子-质子耦合反应，其过电位高、反应速率慢[8-9]，往往成为水电解和金属空气电池工作过程的瓶颈因素，因此高效OER 催化剂的设计和合成是提高水电解制氢技术以及金属空气电池能效的关键。

碱性条件水电解下，OER 反应中主要的中间体为O*、HO*和HOO*等自由基，反应机理如下[9]

阴极反应

阳极反应

尽管IrO2和RuO2等材料展现出优异的OER 催化活性，但其自身的稀缺性、高成本以及不稳定性，限制了贵金属基催化剂在OER 过程中的研究和应用[10]。……