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非晶态单原子电催化剂的最新进展
【第一作者】刘诚傲，崔雁平
【通讯作者】周遥
【通讯单位】北京理工大学
【DOI】10.20517/energymater.2024.41
图1 电催化领域单原子锚定位点、非晶基底合成策略及其相互作用示意图
本文概述了非晶材料的合成方法、单原子锚定机理以及非晶态材料的表征方法，总结了非晶材料的物理性质和电催化机理。随后，对单原子与非晶基底之间的相互作用进行了分类和总结。由于非晶衬底具有较高的缺陷密度和无序的结构组成，使得非晶单原子具有多种活性位点，包括单原子和缺陷以及一系列异质结构。这种多样性有助于不同反应中间体的吸附和解吸，为优化电催化反应中间体的吸附能量调节提供了更多的机会。此外，由于单原子更容易与非晶基底中的独特结构相互作用，非晶单原子催化剂在调节单原子电荷密度、改变能带结构和促进轨道耦合方面比晶体单原子催化剂具有更大的优势。基于这些特点和优势，非晶单原子催化剂在电催化领域有着广阔的应用前景。最后，本文总结了非晶单原子催化剂的研究进展，并展望了未来的发展前景。本文旨在通过探索单原子与非晶基底的协同关系，加深对其相互作用机制的理解，从而推动单原子催化剂在能量催化转化中的应用。
图表：
图3 单原子锚定在掺杂杂原子(A-D)、缺陷位点(E-G)和金属原子(H-K)上:(A) CuC4/CoN4@HC锚定图。(B) CuC4/CoN4@HC、Co foil、CoO和Co3O4的EXAFS谱图。(C) CuC4/CoN4@HC的CoN4位点模型和拟合曲线。(D) CuC4/CoN4@HC的电荷差密度俯视图。(E) C-M-Mo结构模型C-MoS2的差分电荷密度。(F/G) C-Co-MoS2的交流透射电镜图像。(H) Fe-Rh键结构模型。(I) H吸附自由能变化曲线。(J/K) Sn-MoSxOy(J)、RhSn-MoSxOy(K)的差分电荷密度。
图7 非晶基底与单原子相互作用示意图
非晶材料以其固有缺陷和优异的催化性能成为电催化研究的热点。然而在未来我们仍然需要解决很多问题，例如开发大规模的非晶单原子催化剂的合成方法、精准结构表征方法、原位结构转变表征方法和准确的理论计算方法。相信解决这些问题可以兼顾单原子超高的原子利用效率和非晶催化剂的固有活性，创造一系列适合电催化及其他领域的催化剂家族。
本工作得到了“特立青年学者”计划、北京理工大学科技创新计划、“小米学者”计划、“朗月”计划、北京市自然科学基金项目(2232023)的资助。
周遥，北京理工大学教授，博士生导师，特立青年学者、小米学者。致力于低贵金属含量/非贵金属电催化剂精准设计与快速开发。先后承担国家自然科学基金、JKW、北京市/上海市自然科学基金等。共发表SCI期刊论文52篇，影响因子大于10的论文24篇，已授权专利3项。以第一/通讯作者身份发表论文18篇，所在期刊包括Nat. Mater., Nat. Commun.，Adv. Mater.，ACS Nano，Energy Environ. Sci.，Mater. Today等。累计SCI他引5196次，H因子35。受邀于ACS Mater. Lett.和Mater. Today发表MOF基、非晶电催化剂综述。
Liu, C.; Cui, Y.; Zhou, Y. The recent progress of single-atom catalysts on amorphous substrates for electrocatalysis. Energy Mater. 2025, 5, 500001. http://dx.doi.org/10.20517/energymater.2024.41
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Energy Materials (Online ISSN: 2770-5900, https://energymaterj.com/）是由OAE出版公司在2021年5月创办的一本金色开放获取线上双月刊，自2023年12月起，东南大学作为支持单位参与期刊运营工作。期刊致力于交流材料科学与工程在能源转换和存储领域的最新进展，发表研究性文章、通讯、综述、研究亮点和前瞻的原创研究工作，关注未来可持续能源的挑战问题。刊文范围涵盖基础科学研究，先进技术，深刻的材料表征，指导性理论研究和基于能源的有效数据分析，研究主题包括但不限于：电池和超级电容器；燃料电池；太阳能电池；太阳能和热能发电；氢气的产生和储存；先进的材料表征技术；碳氢化合物的转化和储存；无机和有机光伏热电材料；纳米复合电介质用于储能；生物能源和生物燃料；区域或全球能源分析。目前已被ESCI、CAS、Dimensions、Lens、CNKI收录，首个影响因子11.8，在 Energy & Fuels类别170本期刊中排名第14，在Materials Science, Multidisciplinary类别438本期刊中排名第42，在两个领域中排名均位于前10%，位列Q1分区！
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