综述：金属烯的可控合成及其在可持续能源电催化中的作用

这篇综述系统探讨了原子级薄层金属材料（metallenes）在电催化领域的突破性进展，重点聚焦其可控合成策略（如自上而下剥离、自下而上组装）及在氧还原（ORR）、析氢（HER）、析氧（OER）等反应中的应用。通过应变调控、缺陷工程等手段优化电子结构，金属烯展现出比传统2D材料更高的原子利用率和反应动力学，为绿色氢能（H2 ）生产和碳中性目标提供了新思路。

　　

金属烯：电催化能源转换的新纪元

历史概述
金属烯的兴起源于石墨烯研究的延伸。这类纯金属构成的二维材料保留了金属本征特性，同时具备高比表面积、丰富不饱和位点等优势。从早期过渡金属硫化物（TMDs）到如今多元合金金属烯，其发展轨迹印证了维度工程对催化性能的颠覆性影响。

合成策略
金属烯的制备面临金属键强、三维堆积倾向等挑战。目前主流方法包括：

• 液相剥离法：通过超声或插层剂削弱层间力，适用于层状前驱体；
• 模板导向生长：利用氧化石墨烯等模板限制金属横向生长，实现厚度<1 nm的Pd、Pt金属烯；
• 拓扑转化法：将金属氧化物/硫化物前驱体在H₂
  氛围中原位还原，保留二维形貌。

性能优化
通过应变工程在Au@Pd核壳结构中引入4.5%晶格畸变，可使HER过电位降低至28 mV。缺陷工程中，边缘硫空位使Co金属烯的OER活性提升3倍。合金化策略（如Pt₃
Sn）通过d带中心调控优化中间体吸附能。

电催化应用

• HER领域：Pt金属烯在0.5 M H₂
  SO₄
  中仅需13 mV过电位即可达到10 mA/cm²
  ，优于商业Pt/C；
• 海水电解：NiFe金属烯的抗氯腐蚀特性使其在模拟海水中稳定性超过500小时；
• CO₂
  RR：Cu金属烯的阶梯位点将甲酸选择性提升至92%，法拉第效率达80%。

挑战与展望
当前金属烯面临规模化合成困难、酸性条件下稳定性不足等问题。未来需结合原位表征（如XAS、SHINERS）揭示动态活性位点演变，并开发非贵金属基多元金属烯体系。这种"原子经济型"催化剂有望成为下一代能源转换器的核心材料。