高效电催化剂是开发生态友好型电化学能源相关技术和设备的关键要求。众所周知，空位的引入正成为促进所设计的纳米材料的电催化性能的重要且有效的策略。
有鉴于此，澳大利亚墨尔本斯威本科技大学Tianyi Ma和青岛农业大学王杰教授等人，综述了空位工程在电化学能量转换相关应用方面的最新进展。
本文要点
1）系统地论述了空穴(阳离子空穴、阴离子空穴和混合空穴)通过调整电子结构、调节活性位点和提高电导率三个主要功能来提高电催化性能的意义。全面总结了空穴工程在各种热点电催化反应中的最新成果，重点是氧还原反应（ORR），析氧反应（OER），析氢反应（HER），氮还原反应（NRR），CO2还原反应（CO2RR）及其在全水分解和锌空气电池装置中的进一步应用。总结了空穴工程在其他能源相关领域的最新进展。最后，讨论了空穴工程在调节不同电化学反应的电催化性能方面所面临的挑战和前景。
2）面临的挑战包括：i）电催化性能与已知空位之间的关系仍然不清楚。空位的浓度通常由XPS测量确定，这是表面特征，不能揭示实际的空位数量。因此，开发和使用更先进的表征技术对于精确量化设计纳米材料中空位的准确程度至关重要。 ii）阴离子空位已被广泛研究用于各种电催化反应，尤其是相对于阳离子空位的氧空位，因为这种空位具有低的形成能。因此，开发有效的策略来构建具有各种阳离子空位的电催化剂将是一种有前途的替代策略，由于电子和轨道分布的变化，该策略可以进一步增强电催化性能。另外，应当开发除氧空位之外的阴离子空位作为促进电催化活性的方法。应研究不同空位之间的协同效应，因为各种元素的原子半径和电负性差异会影响电催化过程和反应机理。iii）除催化活性外，长期稳定性是与能源相关的实际应用的重要指标。离子空位在改善电催化性能方面起着举足轻重的作用，这一点已被广泛接受，但是空位稳定性仍然知之甚少。例如，OER的电催化过程在高电势范围内进行，这会导致电极材料的氧化。因此，确定电催化过程中离子空位的动态变化对于确认改变催化活性的作用至关重要。一些原位表征技术可用于监测催化过程中离子空位的变化，这可以帮助阐明各种电化学反应中空位的演变，并为高效电催化剂的设计提供新的方向。iv）由于目前的技术成本高、技术复杂，开发简单、准确、快速检测空位工程材料具体信息的高新技术是十分必要的。
参考文献：
Zexing Wu et al. Recent Progress of Vacancy Engineering for Electrochemical Energy Conversion Related Applications. Advanced Functional Materials, 2020.
DOI: 10.1002/adfm.202009070
https://doi.org/10.1002/adfm.202009070
