综述：IB族金属电催化剂在氢能转化与利用中的研究进展

（编辑推荐）本综述系统总结了IB族金属（Cu/Ag）电催化剂在电解水制氢（HER/ORR）和氢燃料电池中的最新进展，重点探讨了通过缺陷工程、应变调控和表面暴露等策略优化d10电子构型，突破其固有催化活性限制，为替代贵金属（Pt/Pd）提供低成本高效解决方案。

　　

近年来，全球能源结构转型加速推进，氢能作为零碳能源载体备受关注。电解水制氢和氢燃料电池技术是实现氢能高效利用的核心，而电催化剂性能直接决定设备效率与经济性。传统贵金属催化剂虽活性优异，但高昂成本制约其规模化应用。IB族金属（铜、银）凭借高导电性（Ag达63×10⁶ S/m）、强耐腐蚀性和低廉价格（Cu仅8-9美元/kg）成为研究热点，但其d¹⁰电子构型导致对反应中间体吸附能力弱，本征活性较低。

设计高性能电解水用IB族金属催化剂

析氢反应（HER）

HER遵循Volmer-Heyrovsky/Tafel路径，ΔG_H*是核心描述符。通过化学法（湿化学合成、电化学沉积）可精准调控形貌，如纳米孪晶铜（NTCu）因d带中心上移使η₁₀降至88 mV。物理法更具创新性：激光烧蚀制备的堆垛层错银（L-Ag）在酸性介质中η₁₀=32 mV，优于Pt/C；等离子喷涂铜（PS-Cu）通过晶格拉伸使d带中心从-2.429 eV升至-2.307 eV，实现全pH适用；摩擦搅拌焊接诱导的Cu(110)/Cu(100)高能晶面在>66 mA/cm²时活性超越铂箔。

析氧反应（OER）

IB族金属因氧化电位低面临挑战，但合金化（如AgCu）和异质结构建可提升稳定性。新兴氧化路径机制（OPM）通过规避OOH*形成能高的步骤，为设计抗氧化催化剂提供新思路。

氢燃料电池催化剂设计

氧还原反应（ORR）

四电子路径效率最优，关键在调控氧结合能。激光烧蚀银（LN-Ag）因低配位数和高应变使E_1/2达0.884 V；脉冲电解法制备的银簇-吸附原子结构（Ag CAs）通过d带中心调控实现0.897 V半波电位。辐射合成技术结合离聚物尺寸调控，使1 nm银颗粒界面OH脱附速率提升。

氢氧化反应（HOR）

目前研究较少，未来可通过优化氢吸附能（HBE）拓展应用，机械加工技术（如超声冲击纳米化）在提升结构稳定性方面潜力巨大。

挑战与展望

需重点解决三大问题：通过合金化/异质结提升抗氧化性；结合原位表征（如Raman）解析长期失活机制；开发自支撑电极增强工程适用性。IB族金属催化剂有望成为实现"双碳"目标的关键材料，推动清洁能源经济转型。