问道自然：黄铁矿型纳米结构电催化剂

半个世纪前，美国电化学家John Bockris提出了“氢经济”概念，氢能源被认为是最具潜力替代碳氢化石燃料的能源体系。实现氢经济体系快速发展的关键是设计新型低成本、高效率的催化材料代替贵金属催化剂。尽管当前发展低成本电催化剂不断取得新进展，但是实现这些材料在燃料电池和电解水领域的实际应用，如何最大限度地提升材料的催化活性和稳定性成为关键。

在自然界中，一些矿物结构由于其资源丰富、特殊的表面结构和物理化学性质等特点，在能源存储转换和电子器件领域，展现巨大的应用前景。特别地，黄铁矿型结构纳米材料具有特殊的双阴离子结构单元，其中金属离子体现为八面体配位，并且其周围电子结构具有很大可调空间，从而优化材料的物化性能。因此黄铁矿型纳米材料在能源存储及催化领域逐渐受到广泛关注。

自2009年，中国科学技术大学俞书宏教授（点击查看介绍）研究团队即开始借鉴自然界中的矿物结构，如黄铁矿、辉钼矿等，设计新型廉价高效纳米电催化剂（J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 7486; J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 2930; Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, 8546; Nat. Commun., 2015, 6, 5982; Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 12812; Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 7769）。近日，该研究团队系统总结了黄铁矿型纳米材料在电催化领域的发展和应用，近期发表在Accounts of Chemical Research 上。

黄铁矿型纳米材料电催化剂发展需要克服的一个关键问题是如何制备高质量的纳米材料。文章综述了二元/三元黄铁矿型纳米材料的合成策略，总结了近年来研发的黄铁矿型复合纳米结构电催化剂。之前，黄铁矿型纳米材料由于结构和性能不能满足能源领域的殊定应用需求而被忽视。通过材料间“化学嫁接、协同增强”，该研究团队实现黄铁矿性材料催化性能的有效调控，实现其在多种催化领域的应用。研究人员以二硒化钴纳米带为模型，详细阐述了黄铁矿型二硒化钴基复合纳米材料在电催化领域的应用。通过选择适当的功能纳米材料（如金属氧化物、过渡金属硫族化合物、贵金属及碳材料等）与二硒化钴复合，调控活性中心的电子结构，同时利用功能材料间的化学耦合效应，实现此类黄铁矿型纳米结构在电催化氧还原、水氧化、水还原和抗甲醇-氧还原反应的高效应用。当前，矿物结构电催化剂研究取得很大进展，但是仍需不断优化合成路线，实现对其尺寸、维度、形貌和组分的精准控制。同时深入理解黄铁矿类催化剂的功能嫁接、电子结构、活性位点、结构缺陷、原子掺杂等对催化性能的影响，以实现纳米矿物材料在能源存储转换领域更大的应用。

该论文作者为：Min-Rui Gao, Ya-Rong Zheng, Jun Jiang, Shu-Hong Yu

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Pyrite-Type Nanomaterials for Advanced Electrocatalysis

Acc. Chem. Res., 2017, 50, 2194-2204. DOI: 10.1021/acs.accounts.7b00187

导师介绍

俞书宏

http://www.x-mol.com/university/faculty/14794

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