注册 English

金属单原子催化剂的合成及其电催化析氢应用研究进展

陈瑛 ,  严荣华 ,  殷玮琰

downloadPDF
引用本文: 陈瑛, 严荣华, 殷玮琰. 金属单原子催化剂的合成及其电催化析氢应用研究进展[J]. 大学化学, 2025, 40(9): 344-353. doi: 10.12461/PKU.DXHX202503066 shu
Citation:  Ying Chen,  Ronghua Yan,  Weiyan Yin. Research Progress on the Synthesis of Metal Single-Atom Catalysts and Their Applications in Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reactions[J]. University Chemistry, 2025, 40(9): 344-353. doi: 10.12461/PKU.DXHX202503066 shu

金属单原子催化剂的合成及其电催化析氢应用研究进展

  • 1.

    武汉纺织大学化学与化工学院, 武汉 430200;

  • 2.

    武汉市黄陂区职业技术学校, 武汉 430399;

  • 3.

    武汉纺织大学研究生院, 武汉 430200

    • 通讯作者: 殷玮琰,E-mail:hpywy2006@163.com
  • 基金项目:

    国家自然科学基金面上项目(52474298)；湖北省自然科学基金-联合基金重点项目(2024AFD146)；湖北本科高校省级教学改革研究项目(2024343)；武汉纺织大学研究生院教研教改项目(202201083,202402009)；武汉纺织大学校级教研项目(2022JY012)

摘要: 随着“双碳”目标的提出，氢能作为清洁高效的二次能源备受关注。通过电催化析氢反应(HER)制备“绿氢”是实现氢能社会的最佳策略之一。单原子催化剂因具有最大的原子利用率和独特的电子结构等特征，在HER中表现出优异的催化性能。本文详细介绍了金属单原子催化剂的合成方法及其HER应用研究进展。通过分析具体案例，旨在帮助学生了解单原子催化领域的研究前沿，理解其在电催化析氢应用中的重要性。

English

    1. [1]

      Huang, W. H.; Su, C. Y.; Zhu, C.; Bo, T. T.; Zuo, S. W.; Zhou, W.; Ren, Y. F.; Zhang, Y. N.; Zhang, J.; Rueping, M.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 135, e202304634.Huang, W. H.; Su, C. Y.; Zhu, C.; Bo, T. T.; Zuo, S. W.; Zhou, W.; Ren, Y. F.; Zhang, Y. N.; Zhang, J.; Rueping, M.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 135, e202304634.

    2. [2]

      Qiao, B.; Wang, A.; Yang, X.; Allard, L. F.; Jiang, Z.; Cui,Y.; Liu, J. Y.; Li, J.; Zhang, T. Nat. Chem. 2011, 3, 634.Qiao, B.; Wang, A.; Yang, X.; Allard, L. F.; Jiang, Z.; Cui,Y.; Liu, J. Y.; Li, J.; Zhang, T. Nat. Chem. 2011, 3, 634.

    3. [3]

      曹圆圆, 叶荣榕, 李娣, .王新琪, 刘芯辛, 周丽景, 赵震. 中国科学: 化学, 2025, 55, 472.

    4. [4]

      Zhang, H.; Yu, L.; Chen, T.; Zhou, W.; Lou, X. W. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1807086.Zhang, H.; Yu, L.; Chen, T.; Zhou, W.; Lou, X. W. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1807086.

    5. [5]

      Li, P.; Wang, M.; Duan, X.; Zheng, L.; Cheng, X.; Zhang, Y.; Kuang, Y.; Li, Y.; Ma, Q.; Feng, Z. ; et al. Nat. Commun. 2019, 10, 1711.Li, P.; Wang, M.; Duan, X.; Zheng, L.; Cheng, X.; Zhang, Y.; Kuang, Y.; Li, Y.; Ma, Q.; Feng, Z. ; et al. Nat. Commun. 2019, 10, 1711.

    6. [6]

      Chen, Z.; Chen, W.; Zheng, L.; Huang, T.; Hu, J.; Lei, Y.; Yuan, Q.; Ren, X.; Li, Y.; Zhang, L.; et al. Sci. Chi. Chem. 2021, 65, 521.Chen, Z.; Chen, W.; Zheng, L.; Huang, T.; Hu, J.; Lei, Y.; Yuan, Q.; Ren, X.; Li, Y.; Zhang, L.; et al. Sci. Chi. Chem. 2021, 65, 521.

    7. [7]

      Fonseca, J.; Lu, J. L. ACS Catal. 2021, 11, 7018.Fonseca, J.; Lu, J. L. ACS Catal. 2021, 11, 7018.

    8. [8]

      Cheng, N.; Stambula, S.; Wang, D.; Banis, M. N.; Liu, J.; Riese, A.; Xiao, B.; Li, R.; Sham,T. K.; Liu, L. M. Nat. Commun. 2016, 7, 13638.Cheng, N.; Stambula, S.; Wang, D.; Banis, M. N.; Liu, J.; Riese, A.; Xiao, B.; Li, R.; Sham,T. K.; Liu, L. M. Nat. Commun. 2016, 7, 13638.

    9. [9]

      He, X. H.; Deng, Y. C.; Zhang, Y.; He, Q.; Xiao, D. Q.; Peng, M.; Zhao, Y.; Zhang, H.; Luo, R. C.; Gan, T.; et al. Cell Rep. Phys. Sci. 2020, 1, 100004.He, X. H.; Deng, Y. C.; Zhang, Y.; He, Q.; Xiao, D. Q.; Peng, M.; Zhao, Y.; Zhang, H.; Luo, R. C.; Gan, T.; et al. Cell Rep. Phys. Sci. 2020, 1, 100004.

    10. [10]

      Jin, T.; Liu, X.; Gao, Q.; Zhu, H.; Lian, C.; Wang, J.; Wu, R.; Lyu, Y. Chem. Eng. J. 2022, 433, 134089.Jin, T.; Liu, X.; Gao, Q.; Zhu, H.; Lian, C.; Wang, J.; Wu, R.; Lyu, Y. Chem. Eng. J. 2022, 433, 134089.

    11. [11]

      Sun, T.; Zhao, S.; Chen, W.; Zhai, D.; Dong, J.; Wang, Y.; Zhang, S.; Han, A.; Gu, L.; Yu, R. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2018, 115, 12692.Sun, T.; Zhao, S.; Chen, W.; Zhai, D.; Dong, J.; Wang, Y.; Zhang, S.; Han, A.; Gu, L.; Yu, R. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2018, 115, 12692.

    12. [12]

      Chen, S. H.; Liu, P. X. Mater. Chem. Front. 2024, 8, 1334.Chen, S. H.; Liu, P. X. Mater. Chem. Front. 2024, 8, 1334.

    13. [13]

      Li, T. F.; Liu, J. J.; Song, Y.; Wang, F. ACS Catal. 2018, 8, 8450.Li, T. F.; Liu, J. J.; Song, Y.; Wang, F. ACS Catal. 2018, 8, 8450.

    14. [14]

      Chen, W.; Pei, J.; He, C.-T.; Wan, J.; Ren, H.; Wang, Y.; Dong, J.; Wu, K.; Cheong, W.-C.; Mao, J. Adv. Mater. 2018, 30, 1800396.Chen, W.; Pei, J.; He, C.-T.; Wan, J.; Ren, H.; Wang, Y.; Dong, J.; Wu, K.; Cheong, W.-C.; Mao, J. Adv. Mater. 2018, 30, 1800396.

    15. [15]

      Qu, Y. T.; Chen, B. X.; Li, Z. J.; Duan, X. Z.; Wang, L. G.; Lin, Y.; Yuan, T. W.; Zhou, F. Y.; Hu, Y. D.; Yang, Z. K.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 4505.Qu, Y. T.; Chen, B. X.; Li, Z. J.; Duan, X. Z.; Wang, L. G.; Lin, Y.; Yuan, T. W.; Zhou, F. Y.; Hu, Y. D.; Yang, Z. K.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 4505.

    16. [16]

      Qu, Y. T.; Wang, L. G.; Li, Z. J.; Li, P.; Zhang, Q. H.; Lin, Y.; Zhou, F. Y.; Wang, H. J.; Yang, Z. K.; Hu, Y. D.; et al. Adv. Mater. 2019, 31, 1904496.Qu, Y. T.; Wang, L. G.; Li, Z. J.; Li, P.; Zhang, Q. H.; Lin, Y.; Zhou, F. Y.; Wang, H. J.; Yang, Z. K.; Hu, Y. D.; et al. Adv. Mater. 2019, 31, 1904496.

    17. [17]

      He, G. C.; Yan, M. M.; Gong, H. S.; Fei,H. L.; Wang, S. Y. Int. J. Extrem. Manuf. 2022, 4, 032003.He, G. C.; Yan, M. M.; Gong, H. S.; Fei,H. L.; Wang, S. Y. Int. J. Extrem. Manuf. 2022, 4, 032003.

    18. [18]

      Fei, H. L.; Dong, J. C.; Wan, C. Z.; Zhao, Z. P.; Xu, X.; Lin, Z. Y.; Wang, Y. L.; Liu, H. T.; Zang, K. T.; Luo, J.; et al. Adv. Mater. 2018, 30, 1802146.Fei, H. L.; Dong, J. C.; Wan, C. Z.; Zhao, Z. P.; Xu, X.; Lin, Z. Y.; Wang, Y. L.; Liu, H. T.; Zang, K. T.; Luo, J.; et al. Adv. Mater. 2018, 30, 1802146.

    19. [19]

      Wang, D. L.; Li, H. P.; Du, N.; Hou, W. G. Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2009770.Wang, D. L.; Li, H. P.; Du, N.; Hou, W. G. Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2009770.

    20. [20]

      Sun, H.; Li, L.; Chen, H.-C.; Duan, D.; Humayun, M.; Qiu, Y.; Zhang, X.; Ao, X.; Wu, Y.; Pang, Y. et al. Sci. Bull. 2022, 67, 1763-1775.Sun, H.; Li, L.; Chen, H.-C.; Duan, D.; Humayun, M.; Qiu, Y.; Zhang, X.; Ao, X.; Wu, Y.; Pang, Y. et al. Sci. Bull. 2022, 67, 1763-1775.

    21. [21]

      Yang, J.; Chen, B. X.; Liu, X. K.; Liu, W.; Li, Z. J.; Dong, J. C.; Chen, W. X.; Yan, W. S.; Yao, T.; Duan, X. Z.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 130, 9639.Yang, J.; Chen, B. X.; Liu, X. K.; Liu, W.; Li, Z. J.; Dong, J. C.; Chen, W. X.; Yan, W. S.; Yao, T.; Duan, X. Z.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 130, 9639.

    22. [22]

      Huang, K.; Wei, Z. X.; Liu, J. B.; Gong, Z. C.; Liu, J. J.; Yan, M. M.; He, G. C.; Gong, H. S.; Hu, Y. F.; He, Y. M.; et al. Small 2022, 18, 2201139.Huang, K.; Wei, Z. X.; Liu, J. B.; Gong, Z. C.; Liu, J. J.; Yan, M. M.; He, G. C.; Gong, H. S.; Hu, Y. F.; He, Y. M.; et al. Small 2022, 18, 2201139.

    23. [23]

      Chen, W. X.; Pei, J. J.; He, C.-T.; Wan, J. W.; Ren, H. L.; Zhu, Y. Q.; Wang, Y.; Dong, J. C.; Tian, S. B.; Cheong, W.-C.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 129, 16302.Chen, W. X.; Pei, J. J.; He, C.-T.; Wan, J. W.; Ren, H. L.; Zhu, Y. Q.; Wang, Y.; Dong, J. C.; Tian, S. B.; Cheong, W.-C.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 129, 16302.

    24. [24]

      Zang, W. J.; Sun, T.; Yang, T.; Xi, S. B.; Waqar, M.; Kou, Z. K.; Lyu, Z. Y.; Feng, Y. P.; Wang, J.; Pennycook, S. J. Adv. Mater. 2021, 33, 2003846.Zang, W. J.; Sun, T.; Yang, T.; Xi, S. B.; Waqar, M.; Kou, Z. K.; Lyu, Z. Y.; Feng, Y. P.; Wang, J.; Pennycook, S. J. Adv. Mater. 2021, 33, 2003846.

    25. [25]

      Li, Z. D.; Yan, X. X.; He, D.; Hu, W. H.; Younan, S.; Ke, Z. J.; Patrick, M.; Xiao, X. H.; Huang, J. E.; Wu, H. J.; et al. ACS Catal. 2022, 12, 7687.Li, Z. D.; Yan, X. X.; He, D.; Hu, W. H.; Younan, S.; Ke, Z. J.; Patrick, M.; Xiao, X. H.; Huang, J. E.; Wu, H. J.; et al. ACS Catal. 2022, 12, 7687.

    26. [26]

      Zhang, T. J.; Walsh, A. G.; Yu, J. H.; Zhang, P. Chem. Soc. Rev. 2021, 50, 569.Zhang, T. J.; Walsh, A. G.; Yu, J. H.; Zhang, P. Chem. Soc. Rev. 2021, 50, 569.

    27. [27]

      Yuan, H. F.; Jiang, D.; Li, Z. M.; Liu, X. Y.; Tang, Z. F.; Zhang, X.; Zhao, L. L.; Huang, M.; Liu, H.; Song, K. P.; et al. Adv. Mater. 2024, 36, 2305375.Yuan, H. F.; Jiang, D.; Li, Z. M.; Liu, X. Y.; Tang, Z. F.; Zhang, X.; Zhao, L. L.; Huang, M.; Liu, H.; Song, K. P.; et al. Adv. Mater. 2024, 36, 2305375.

  • 加载中
WeChat 扫一扫看文章
计量
  • PDF下载量:  1
  • 文章访问数:  39
  • HTML全文浏览量:  6
文章相关
  • 发布日期:  2025-07-29
  • 收稿日期:  2025-03-18
  • 接受日期:  2025-06-19
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章

All Rights Reserved by the Chinese Chemical Society   中国化学会 版权所有 京ICP备05002797号

本系统由北京仁和汇智信息技术有限公司开发    技术支持: info@rhhz.net