基于限域特性的电催化剂调控

郑堂飞，蒋金霞，王健，胡素芳，丁炜，魏子栋

重庆大学化学化工学院，洁净能源与资源利用化工过程重庆市重点实验室，重庆 401331

1 引言

发展清洁高效的新能源是我国可持续发展的重大战略问题1–3。以太阳能等清洁能源为能源驱动、以燃料电池为使用终端的碳循环和氢循环，是实现可再生可持续新能源的重要技术路径4–6。这些新型物质能源转换过程，无论是CO2、N2、CH4等小分子光/电化学催化物质转换过程，还是H2、O2、醇类燃料的电化学能源转换过程，都已经涉及光子、电子、质子等量子尺度的粒子转换过程7–18。这些过程对于电催化剂，特别是催化剂量子特性，如电子能级19,20、轨道填充水平21–23、甚至量子隧穿21,24等的调控，提出了更高的要求。

限域环境中存在着与开放体系显著不同的特殊性质，这些性质可为催化剂量子特性的调控提供重要策略。例如，当限域分子与孔径大小相等时，其范德华吸附能为平整表面吸附能的8倍25。这意味对某些分子的物理吸附能将在限域条件下超过化学吸附能，并由此产生出来一系列限域空间的特殊作用。此外，分子原子尺度的限域空间，可以解耦物质传递和反应，强化分子或原子间的有效碰撞，其空间特性和维度特性主导了空间内物质的分子结构、原子排列、电子传递以及配位等性质26–29。合理利用这些限域特性制备和调控催化剂，继而在常规的条件下使用和施展催化特性。有望实现限域特性调控的催化剂量子特性、结构特性，在非限域条件下展现出来并突破现有反应过程中的瓶颈问题。……