在當前的能源需求和氣候變化的背景下,可持續(xù)能源系統(tǒng)的研究已取得實質(zhì)性進展。氫-水電化學轉(zhuǎn)化是一種理想的、無化石原料使用的可持續(xù)能源系統(tǒng)。然而,該能源系統(tǒng)中兩種核心技術(shù)(電解水和氫燃料電池)的能量轉(zhuǎn)換效率仍有很大的改進空間。本文分析了氫-水能源系統(tǒng)中電解水和燃料電池的能量耗散,并討論了在催化劑表面發(fā)生的涉及氫-氧反應(yīng)的主要障礙。通過反應(yīng)性中間體與表觀催化性能之間的標度關(guān)系,本文總結(jié)了催化活性趨勢的框架,為高活性氫-氧反應(yīng)電催化劑的設(shè)計提供了思路。文中介紹了一系列基于催化性能的結(jié)構(gòu)工程方法,如納米結(jié)構(gòu)化、晶面工程、相工程、非晶化、缺陷工程、元素摻雜、界面工程和合金化等,著重介紹從以往的理論和實驗研究中得到的啟示,并概述了電化學氫-水轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中的關(guān)鍵科學問題,提出了開發(fā)具有高能量轉(zhuǎn)化率的催化劑的研究方向。

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本文編號：4010384