电催化反应在解决能源危机方面具有广泛的应用前景。最近，新兴的0D碳点（CDs）由于其低成本、高导电性、易于修饰和合成简单而成为潜在的候选材料。由于材料表面丰富的活性位点和电荷分布，基于 CDs 的复合材料表现出有吸引力的电催化性能。考虑到CDs的复杂结构，借助理论方法确定具体的催化活性来源并理解催化机理非常重要。
有鉴于此，郑州大学卢思宇副教授等人，从理论角度介绍了在提高CDs基复合材料的电催化活性和稳定性方面的最新进展，强调了开发高性能CDs催化剂的机遇和挑战。
本文要点
1）一般来说，不同制备方法获得的CDs具有不同的电催化性能，具有明显石墨晶格的CDs通常表现出更好的性能。有趣的是，CD 的小粒径具有其他材料无法实现的独特性能。重点介绍了CDs在催化反应中的广泛应用，如HER、OER、ORR和CO2RR。CDs优异的电催化性能可以概括为以下几点:a) CDs的高导电性、稳定性和比表面积对电催化反应具有重要意义。b)金属原子与CDs表面官能团形成共价键，极大地提高了杂化体系的稳定性和催化活性，大大降低了成本。c) CDs与复合材料之间的界面相互作用也有利于促进电子转移，进一步提高电催化性能。d)CDs本身成为很好的电催化剂，特别是杂原子的掺杂可以调节CDs的电子结构和电荷分布，进一步提高催化活性。
2）利用理论计算可以确定活性位点，了解反应路径，根据一些已知的电催化描述符找到甚至预测新的催化剂。对CDs及其复合材料的电子性能分析清楚地揭示了其催化活性的来源。此外，对电催化过程中反应中间体的能量分析使具体的反应路径更加清晰。DFT 计算使新的高性能电催化剂的设计成为可能。吸附能、自由能垒、d带中心等数据是评价新型催化剂电催化性能的重要因素。随着计算和 DFT 计算方法的快速发展，DFT 将在新型 CDs 基催化剂的设计中发挥巨大作用，可以大大缩短开发周期和成本。
参考文献：
Jingkun Yu et al. Computational Studies on Carbon Dots Electrocatalysis: A Review. Advanced Functional Materials, 2021.
DOI: 10.1002/adfm.202107196
https://doi.org/10.1002/adfm.202107196
