综述：电化学调控对电催化剂纳米材料的结构调控

（编辑推荐）本综述系统阐释了金属离子电化学调控（MET）技术通过可逆嵌入/脱嵌过程精准调控电催化剂结构的创新方法，揭示了离子嵌入、脱嵌及循环调控三种模式对活性位点几何构型（phase transitions）和电子结构（lattice strain）的动态优化机制，为燃料电池、电解水等能源技术提供了新一代催化剂设计范式。

　　

Abstract

全球能源危机推动了对先进电催化剂的迫切需求。区别于传统静态组分调控方法，源自金属离子电池研究的金属离子电化学调控（MET）技术，通过可逆的嵌入/脱嵌过程实现了对催化剂结构的动态精准调控。该技术通过三种操作模式——离子嵌入（intercalation）、脱嵌（deintercalation）和循环调控（repetitive intercalation/deintercalation），诱导相变（phase transitions）、晶格应变（lattice strain）、配位环境改变和晶界工程，从而优化活性位点的几何与电子结构。

Graphical Abstract

MET技术通过调控催化剂的几何/电子结构显著提升性能。图示展示了三种调控模式：离子嵌入导致晶格膨胀（_Δd > 0），脱嵌引发压缩应变（_Δd < 0），而循环调控则形成稳定的缺陷结构。这种"动态手术刀"式调控在析氧反应（OER）中使过电位降低达120 mV。

调控机制深度解析

离子嵌入模式：如Li⁺嵌入层状Co(OH)₂，引发晶格膨胀和电子离域化，使d带中心下移0.3 eV，显著提升氢吸附自由能（ΔG_H*）。

脱嵌模式：Na⁺脱嵌诱导的压缩应变（-2.1%）使Fe-N-C催化剂Fe-N₄位点电子密度重分布，ORR半波电位正移45 mV。

循环调控模式：K⁺的反复嵌入/脱嵌在MoS₂中产生硫空位，形成金属态1T相占比达85%，HER交换电流密度提升2个数量级。

能源转化应用

在质子交换膜燃料电池（PEMFC）中，MET处理的Pt-Co催化剂质量活性达1.2 A mg_Pt^-1@0.9 V；电解水领域，经Zn²⁺调控的NiFe LDH在300 mA cm^-2下过电位仅220 mV，稳定性超过500小时。

挑战与展望

当前MET技术面临电解液窗口限制（<2.5 V vs. RHE）和规模化制备难题。未来发展方向包括开发多离子协同调控体系，以及利用原位表征技术（如同步辐射XAS）揭示原子尺度动态演变机制。这种"电化学锻造"策略为设计自适应催化剂开辟了新途径。

Conflict of Interest

作者声明无利益冲突。