电催化水分解制氢是一种减少碳排放和生产可再生燃料的一种有吸引力的方法。然而，这种有希望的过程受到反应动力学迟缓和催化剂成本高的限制。低成本和高性能的非贵金属基催化剂的构建一直是应对这些巨大挑战的最有效方法之一。值得注意的是，可以巧妙地调整催化剂的电子状态，能带结构和吸附能力的电子结构调节策略已成为进一步增强基于非贵金属基催化剂的电化学水分解反应的关键方法。特别地，杂原子掺杂在调节电子结构和优化催化剂的固有活性方面起着有效的作用。但是，反应动力学，特别是催化剂中杂掺杂剂的功能机理仍然不明确。

有鉴于此，澳大利亚昆士兰科技大学孙子其教授和杭州电子科技大学郭俊杰教授、Jing Wang等人，综述了近年来杂原子掺杂非贵金属基析氢反应电催化剂的研究进展，重点介绍了杂原子掺杂催化剂的电子调节效应及其合成途径、催化性能和活性来源。还试图建立局部电子结构与催化性能之间的内在联系，为开发先进的低成本催化剂提供参考。

本文要点

1）从有效掺杂剂，微纳米结构，掺杂机理和掺杂剂电子结构性能等方面系统地研究了杂原子掺杂非贵金属基电化学析氢催化剂的研究现状。结果表明,杂原子掺杂的策略是调节催化剂电子结构以增强电催化产氢的有效方法。因此，掺杂的催化剂不仅具有良好的导电性，而且获得了接近热中性的ΔGH*。另外，某些类型的掺杂原子能够改善催化剂的亲水性以增加催化剂与氧化还原物质之间的接触。因此，杂原子掺杂是达到更好的催化活性和稳定性的重要方法。

2）尽管杂原子掺杂策略对于设计先进的电催化剂是有效的，但是深入理解掺杂-结构-活性之间的关系仍然是一个巨大的挑战。同时，催化剂的效率，经济性和可持续性之间的平衡也应引起重视。（1）揭示原子层面的催化活性起源对于设计高性能催化剂具有重要意义。（2）对于掺杂结构与催化性能之间的相关性，以及掺杂剂在元素基团、电负性、原子大小等方面的活性趋势，目前还缺乏系统的研究。（3）电催化反应涉及多电子过程，在此过程中晶体表面和组成可能发生改变。（4）由于掺杂元素种类繁多，目前尚不清楚掺杂催化剂的结构与活性之间的关系。（5）目前的研究主要集中在低电流密度下催化剂的内在活性和催化机理方面。（6）理论计算在设计高性能催化剂和理解分子水平上的催化机理方面起着重要作用。

参考文献：

Jing Wang et al. Heteroatom‐Doping of Non‐Noble Metal‐Based Catalysts for Electrocatalytic Hydrogen Evolution: An Electronic Structure Tuning Strategy. Small Methods, 2021.

DOI: 10.1002/smtd.202000988

https://doi.org/10.1002/smtd.202000988