综述：钴基电催化水分解反应催化剂：材料合成、HER和OER催化性能的小型综述

《ChemCatChem》：Cobalt-Based Catalysts for Electrocatalytic Water-Splitting Reactions: Mini Review of Material Synthesis, HER, and OER Catalytic Performance

本综述系统梳理了钴基催化剂在电解水制氢领域的研究进展，重点介绍了水热法、热分解还原法和机械球磨法等合成方法，及其在析氢反应（HER）和析氧反应（OER）中的优异催化活性与稳定性，为开发高效低成本催化剂提供了理论依据与技术参考。

　　

图形摘要

钴基材料通过水热合成、热分解还原和机械球磨三种主要方法制备，其独特的电子结构使其成为HER和OER双功能催化剂的理想选择。图示展示了材料合成路径与催化反应机理的关联性。

摘要

随着能源危机加剧，开发高效电解水催化剂成为清洁氢能领域的研究热点。钴基催化剂凭借在HER中低过电位和OER中高稳定性的特点，近年来受到广泛关注。综述重点分析了水热法、电沉积法等合成技术对催化剂形貌与性能的调控机制，并展望了低成本规模化制备的发展方向。

材料合成方法

水热法通过调控反应温度（通常180-220°C）和pH值，可制备具有多孔结构的Co₃O₄/碳复合材料，其比表面积可达200 m²/g以上。热分解还原法在惰性气氛中高温处理钴前驱体，形成的Co-N-C结构在碱性条件下表现出<10 mV的HER起始过电位。机械球磨法通过物理混合钴粉与石墨烯，制备的催化剂在100 mA/cm²电流密度下OER过电位仅290 mV。

催化性能分析

在HER反应中，钴基磷化物（如CoP）的d带中心位置优化了氢吸附能，使Tafel斜率低至45 mV/dec。OER方面，钴羟基氧化物（CoOOH）的原位转化形成的活性位点可将反应能垒降低至1.5 eV。值得注意的是，双金属CoFe-LDH材料在1 M KOH中同时实现HER（η₁₀=52 mV）和OER（η₁₀=267 mV）的高效催化。

未来展望

当前研究集中在三个方面：①开发原子级分散的Co单原子催化剂；②构建Co基异质结增强电荷转移；③利用3D打印技术实现电极结构优化。这些方向将推动催化剂在质子交换膜电解槽（PEMEC）中的实际应用。

利益冲突

作者声明无利益冲突。