综述：石墨炔基高效氢能转换催化剂

这篇综述系统阐述了石墨炔（GDY）基催化剂在氢能转换中的前沿应用，重点探讨了其独特的sp/sp2 杂化结构、高导电性和多尺度催化设计在电解水制氢（HER）、氮还原反应（NRR）和硝酸盐还原反应（NtRR）中的突破性进展，为碳中和能源技术提供了新材料范式。

　　

石墨炔（GDY）作为一种新型碳同素异形体，凭借其独特的sp/sp²
共杂化二维网络结构和天然孔隙特性，正在重塑氢能转换技术的格局。这种材料的高导电性、表面电荷不均匀分布特性，以及通过精确调控金属-碳键（如sp-C～metal）实现原子级催化的能力，使其成为高效氢能转换的核心材料平台。

在氢能生产领域，GDY基单原子催化剂（SACs）展现出惊人的活性。例如，零价镍/铁原子锚定GDY（Ni⁰
/GDY、Fe⁰
/GDY）的氢析出反应（HER）过电位低至90 mV，而铂单原子修饰的GDY（Pt/GDY）质量活性达到商业Pt/C催化剂的26.9倍。更引人注目的是，GDY与过渡金属磷化物（如Cu₃
P/Ni₂
P）构建的异质结构，通过界面电荷转移将碱性HER电流密度提升至1 A cm^?2
。在海水电解方向，铑纳米晶/GDY（Rh/GDY）凭借sp-C～Rh键的协同作用，在模拟海水中实现65 mV@1 A cm^?2
的超低过电位，突破了氯离子腐蚀的传统瓶颈。

氨合成领域见证了GDY基材料的革命性突破。零价钼单原子催化剂（Mo⁰
/GDY）通过双位点吸附机制，在电催化氮还原反应（NRR）中获得145.4 μg h^?1
mg_cat
^?1
的氨产率。氯掺杂GDY（Cl-GDY）作为首例金属游离催化剂，利用卤素诱导的电子重排实现10.7 μg h^?1
cm^?2
的稳定输出。而在硝酸盐还原（NtRR）方向，GDY包覆的WO₃
纳米阵列（WO₃
@GDY）通过界面电荷再分布，在酸性条件下实现2582.6 μg h^?1
cm^?2
的氨产率，法拉第效率高达85.6%。

氢能相关催化反应中，GDY展现出惊人的可设计性。Cu_x
O/GDY异质结通过边缘原子台阶结构实现烯烃选择性氢化，而金单原子/氨基GDY（Au/GDY-NH₂
）利用氨基质子中继效应，将甲酸脱氢速率提升3个数量级。在CO₂
还原领域，GDY修饰的In₂
O₃
（GDY-IO）通过空穴转移机制促进C-C耦合，开辟了C₂₊
烃类合成新路径。

展望未来，GDY基催化剂在规模化制备、氢存储系统优化等方面仍面临挑战。但其独特的原子级精准调控能力，以及与可再生能源系统的兼容性，必将推动氢能技术向高效化、低碳化方向跨越式发展。