综述：近期基于先进Co?O?材料的进展：这些材料在酸性条件下用于电催化氧演化反应

《Catalysis Today》：Recent progress of advanced Co 3 O 4 -Based Materials for electrocatalytic oxygen evolution reaction in acid

氧析出反应催化剂研究综述：以Co3O4基材料为例，系统总结其酸性介质中催化机制，分析金属掺杂、形貌调控、异质结构建等改性策略，对比评估催化剂活性、稳定性及抗腐蚀性，指出高成本、低活性及长时稳定性不足的挑战，提出通过原子级精准设计优化材料性能。

　　

王哲|牛彦文|张凯阳|姚瑞|李金平|刘光

太原理工大学化学与化学工程学院，中国山西省太原市030024

摘要

电催化水分解为生产高纯度氢气提供了一种有前景的方法。然而，水电解的整体效率受到氧释放过程缓慢动力学的严重限制。因此，开发高效、耐用且低成本的氧释放反应（OER）催化剂至关重要。基于尖晶石Co?O?的材料因其可调的电子结构、在酸性介质中的显著OER活性以及钴的地球丰度而受到广泛关注，被视为稀有铱和钌基氧化物的潜在替代品。本文首先回顾了基于Co?O?的酸性OER催化剂的研究进展，并总结了三种OER机制。随后重点介绍了各种改性策略，如贵金属和非贵金属掺杂、形貌控制、反应路径调节、异质结构构建以及单原子催化。最后，对基于Co?O?的催化剂的OER性能进行了比较评估。最后，概述了当前面临的挑战以及未来朝向高性能Co?O?基酸性OER催化剂的研究方向。

部分摘录

引言

进入21世纪以来，全球经济的快速增长导致能源需求急剧增加。然而，煤炭、石油和天然气等化石燃料的供应有限，其广泛使用对环境产生了负面影响，环境污染和能源危机成为可持续发展的两大主要障碍。[1]、[2]、[3] 氢气（H?）是未来能源系统中最有前景的选择之一，因为它是一种零碳能源载体。

酸性电解水中OER的机制

OER和HER（氢释放反应）是水电解过程中的两个半反应，分别通过电能生成氧气和氢气。HER涉及两个电子的转移过程，其理论热力学电压为0伏特，因此相对简单且易于高效实现。相比之下，OER涉及四个电子的转移步骤，使其过程更为复杂，其理论热力学电压为1.23伏特[16]、[17]、[18]。

近年来基于Co?O?的水分解催化剂的发展

Co?O?被视为替代基于Ru和Ir的材料的竞争性候选者，因为它在酸性环境中的OER催化活性高，且地球上的含量远高于Ru和Ir基材料。然而，Co?O?在酸性OER中也存在一些缺点，如内在活性较低、溶解速率高以及缺乏长期稳定性。因此，许多研究致力于改进Co?O?的这些不足之处。

基于Co?O?的催化剂的OER性能评估

基于上述讨论，许多致力于提高Co?O?催化剂性能的研究受到了广泛关注，这些催化剂展现了优异的综合性表现。为了更全面深入地了解这一领域，表1列出了近期研究中的OER性能评估参数，并根据多种性能指标进行了比较。

结论与展望

基于Co?O?的催化剂在酸性OER应用中显示出巨大潜力。与传统基于Ir和Ru的材料相比，它们的成本要低得多，是替代贵金属（如Ir和Ru）的候选者之一。然而，纯Co?O?的活性和耐久性仍略低于基于Ru和Ir的材料。因此，开发具有高酸性OER性能的高性能Co?O?催化剂至关重要。

作者贡献声明

刘光：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、监督、软件使用、资源获取、项目管理、研究实施、资金申请。 李金平：监督、软件使用、资源获取、项目管理、研究实施。 牛彦文：数据验证、方法论研究、数据分析、形式化分析。 王哲：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、方法论研究、数据分析、形式化分析。 姚瑞：软件使用、资源获取、方法论研究、数据分析。 张凯阳：

未引用参考文献

[25]、[26]。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所报告工作的财务利益或个人关系。