原位表征技术在电催化能源转化反应中的应用

据MaterialsViews编辑部报道：近些年来，电催化水分解析氢和析氧反应（HER, OER），以及氧和二氧化碳还原（ORR, CO2RR）反应作为解决全球能源和环境问题的重要手段备受研究者的关注。然而，催化活性位点和反应机理认识的不足严重制约了新型高效稳定电催化剂的开发。因此，借助原位表征技术，实时探测催化剂表面氧化态和原子结构转变，对深入认识电催化能源转化反应中的反应机理、进一步设计和优化电催化反应性能具有重要的指导意义。

近日，南洋理工大学刘彬教授团队发表了题为“In-Situ/Operando Characterization Techniques to Probe the Electrochemical Reactions for Energy Conversion”的综述。该综述简述了原位表征技术如：X射线吸收光谱（XAS）、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱、穆斯堡尔光谱、和同步辐射核共振振动能谱（NRVS）、以及原位电化学阻抗等技术在多个电催化能源转化反应领域（HER, OER, ORR, CO2RR）的应用。文章着重阐述了原位表征技术在鉴定ORR反应中M-N-C（M=Fe ,Co）等催化剂的活性位点，研究OER反应中CoOx和NiFe等催化剂结构和电子态演变，探测HER反应中CoPx, MoSx,和 CoSx等催化剂在反应过程中氧化态和原子结构转变，以及认识CO2RR反应中Cu，Sn，和单原子基催化剂选择性和催化机理等方面的进展。文章最后，作者探讨了原位表征技术在深入认识电催化能源转化反应催化剂的活性位位点和基元反应机理中存在的问题和挑战。相关文章发表在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201700395)上。