EcoMat: 拓扑半金属应用于电催化析氢反应的研究进展

Brief background

近几十年间，世界能源消耗量大幅增加。氢，可通过水裂解和少量的外部能量来获得，作为一种清洁能源正获得大量关注。贵金属（和含贵金属的材料）在水裂解时表现出高的电催化性能，但其稀缺性和高成本限制了大规模商业应用，开发出高效率、低成本的电催化剂迫在眉睫。拓扑半金属的发现为开发高性能电催化剂提供了新的可能性。拓扑催化剂主要优势在于它们不依赖于高活性的贵金属元素，完全利用拓扑体态和非平庸表面态特征实现优异的电子导电性、高的电子迁移率、高表面活性和适当的分子吸附能，进而获得高的电催化性能。相关成果以题为“Excellent catalytic performance toward the hydrogen evolution reaction in topological semimetals”的综述性文章发表在EcoMat上，通讯作者为河北工业大学张小明副教授、西南大学王啸天副教授、澳大利亚伍伦贡大学程振祥教授。

Problems addressed

该工作系统地总结了拓扑半金属在电催化析氢反应中的研究进展，对比了各种拓扑半金属的物理模型，阐明了拓扑电子特性在电催化反应中的作用机制，展望了这个领域面临的关键挑战和未来的研究重点。

Major highlights

本文根据近期拓扑半金属应用于电催化析氢反应的研究进展，系统总结了拓扑析氢催化剂的发展历程、基本理论、主要结果与物理机制。重点阐明拓扑催化剂中具有物理内涵的拓扑特性和具有化学内涵的催化特性可建立如下关联：i）拓扑半金属中体能带线性带交叉为传导电子提供了超高迁移率，利于析氢反应中的电荷转移；ii）非平庸表面态使表面对氢的吸附和扩散拥有高活性；iii）非平庸表面态对外界条件具有鲁棒性，利于高催化稳定性。

文章信息：

Lirong Wang,Ying Yang, Jianhua Wang, Wei Liu, Ying Liu, Jialin Gong, Guodong Liu, Xiaotian Wang, Zhenxiang Cheng, Xiaoming Zhang, Excellent catalytic performance toward the hydrogen evolution reaction in topological semimetals, EcoMat, 2022; e12316.

原文链接：http://doi.org/10.1002/eom2.12316

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