Structural engineering of atomic catalysts for electrocatalysis

电催化剂 催化作用 化学 纳米技术 材料科学 物理化学 电化学 电极 有机化学
作者
Tianmi Tang,Xue Bai,Zhenlü Wang,Jingqi Guan
出处
期刊:Chemical Science [Royal Society of Chemistry]
卷期号:15 (14): 5082-5112 被引量:109
标识
DOI:10.1039/d4sc00569d
摘要

As a burgeoning category of heterogeneous catalysts, atomic catalysts have been extensively researched in the field of electrocatalysis. To satisfy different electrocatalytic reactions, single-atom catalysts (SACs), diatomic catalysts (DACs) and triatomic catalysts (TACs) have been successfully designed and synthesized, in which microenvironment structure regulation is the core to achieve high-efficiency catalytic activity and selectivity. In this review, the effect of the geometric and electronic structure of metal active centers on catalytic performance is systematically introduced, including substrates, central metal atoms, and the coordination environment. Then theoretical understanding of atomic catalysts for electrocatalysis is innovatively discussed, including synergistic effects, defect coupled spin state change and crystal field distortion spin state change. In addition, we propose the challenges to optimize atomic catalysts for electrocatalysis applications, including controlled synthesis, increasing the density of active sites, enhancing intrinsic activity, and improving the stability. Moreover, the structure-function relationships of atomic catalysts in the CO2 reduction reaction, nitrogen reduction reaction, oxygen reduction reaction, hydrogen evolution reaction, and oxygen evolution reaction are highlighted. To facilitate the development of high-performance atomic catalysts, several technical challenges and research orientations are put forward.
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