质子交换膜（PEM）水电解是最有前途的制氢技术之一。发生在阳极上的析氧反应（OER）决定了整体效率。而开发具有高活性的酸性OER电催化剂是PEM水电解制氢面临的长期挑战。目前，大多数催化剂在强酸性和氧化性条件下表现出较差的稳定性，使得更好的理解机理充满挑战性。

近日，兰州大学席聘贤教授，新加坡南洋理工大学徐梽川教授综述了酸性条件下电催化OER反应机理的研究进展，分析了提高OER活性和稳定性的有效策略，并总结了用于酸性OER的最新电催化剂。

文章要点

1）作者首先回顾了主要的OER机制（传统的吸附质演化机制（AEM）和晶格氧机制（LOM）），以及两者之间的不同，以建立理化结构-活性关系，从而指导设计在酸中具有稳定性能的高效OER电催化剂。

2）作者总结了目前所报道的从宏观到微观提高催化剂OER活性的策略。增加活性位点的数量和每个活性位点的活性是优化OER催化剂性能的两个策略。通过每种策略优化的OER活性可受到生成的形貌、表面组成和电子结构的影响，这些是设计理想催化剂的关键因素。这些因素通常不会独立影响活性，但会共同影响活性。

3）除了活性之外，由于催化剂需要在苛刻的酸性条件下长期催化期间保持稳定。因此稳定性是评估催化剂OER性能的另一个重要因素。设计一种同时具有优异稳定性和活性的催化剂通常极具挑战性。而在某些情况下，催化剂的设计必须要在稳定性和活性之间做出妥协。相比之下，许多研究表明，活性和稳定性之间没有直接的反比关系，这两个指标可以独立调节。作者重点总结了酸性条件下提高催化剂OER稳定性的进展。

4）作者总结了酸性条件下OER电催化剂的表面重建，并简要概述了原位和操作表征技术，它们是为揭示OER过程中的催化剂表面重构提供实验证据的有用工具。

5）作者综述了各种降低贵金属基OER催化剂贵金属含量（结合低成本元素、钙钛矿型氧化物、烧绿石型氧化物以及其他含贵金属的催化剂）和开发非贵金属基催化剂（第一行过渡金属氧化物、第一行过渡金属硫属化物/磷硅化物/硼化物、其他第一行过渡金属化合物以及碳材料）的研究进展。

6）作者最后指出了在酸性条件下开发高活性OER催化剂仍面临的挑战和前景。主要包括：i）平衡稳定性与其他因素的关系；ii）统一评价标准；iii）开发先进的Operando表征技术；iv）催化剂-电解质界面的重要性；v）PH依赖性和电解质组成；vi）稳定性的合理量化仍然是一个问题。未来有望进一步发展ASF或S数作为评估各种电催化剂在广泛反应中稳定性的标准指标。

参考文献

Li An, et al, Recent Development of Oxygen Evolution Electrocatalysts in Acidic Environment, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202006328

https://doi.org/10.1002/adma.202006328