具有二维结构守恒特性的二维材料是进行基本能量转换和存储研究的理想材料，具有巨大的商业应用前景。二维(2D)纳米材料具有非常大的应用潜力，可作为ORR、OER和HER的无贵金属电催化剂。

有鉴于此，深圳大学张晗教授、张培新教授、邓立波副研究员和英国巴斯大学Chris Bowen教授等人，综述了2D材料（例如碳/石墨烯，金属硫属元素化物，金属氧化物/氢氧化物，MXene）的电子结构调节在电催化能量转换（例如氧还原反应（ORR），析氧反应（OER）和析氢反应（HER））领域的最新进展。

本文要点

1）首先对二维纳米材料的分类、可控合成和形成机理进行了系统的总结。随后总结了二维纳米材料电子结构的调整策略以及对ORR，OER和HER电催化性能的影响，包括掺杂、缺陷工程、温度效应、复合材料和异质结构的形成。

2）深入讨论了近年来具有新型纳米片结构和组成的电催化剂的研究进展。总结了电子性质、活性与形状、大小、组成及合成方法之间的关系。最后，还对高性能ORR，OER和HER电催化剂的电子结构工程研究的当前挑战和未来前景提出一些看法。

3）一些实验和理论研究表明，被氧官能团封端的MXene表面具有催化活性。不过，到目前为止，在实验中仅证明了少数MXene具有ORR，OER和HER活性。有趣的是，MXene和其他2D材料的异质结构可用于调节其他2D材料的电子特性。了解ORR，OER和HER活性与离子扩散到催化表面之间的关系值得进一步研究。此外，大规模合成2D纳米片催化剂也是一项挑战。简而言之，理想的催化剂应该是易于制备、高稳定性和成本效益，并且可以表现出良好的催化活性，因为这样的催化剂可以使可充电金属空气电池和再生燃料电池/电解器的设计方案更加简单，从而实现高效实用的装置。

参考文献：

Sundaram Chandrasekaran et al. Electronic structure engineering on two-dimensional (2D) electrocatalytic materials for oxygen reduction, oxygen evolution, and hydrogen evolution reactions. Nano Energy, 2020.

DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.105080

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105080