第一作者：孟会闪

通讯作者和单位：陈智杰，倪丙杰 新南威尔士大学；徐娟，华东师范大学

论文DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202405270

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本文探讨了电化学氧化还原过程中催化剂的原位非晶化现象，揭示了电催化剂发生原位非晶化的机制，总结了非晶化物种的表征方法和调控手段。此外，论文还强调了原位形成的非晶化物种在电化学氧化还原过程中的关键作用。

背景介绍

在当前全球能源转型的大背景下，开发高效、清洁的能量转换技术是实现可持续发展的关键。电催化技术因其能够高效地将电能转化为化学能，受到广泛关注。电催化技术不仅可以用于生产清洁能源载体如氢气，还可以用于高附加值化学品的合成。然而，在电化学条件下，电催化剂的不可避免的重构会导致性能变化，并影响催化途径。因此，研究电催化剂的原位重构过程对于优化电催化剂的结构和功能具有重要意义。

原位非晶化是指催化剂在电化学反应过程中，从晶态结构转变为非晶态结构的现象。非晶态结构由于其独特的物理化学特性，如较大的比表面积、丰富的活性位点和良好的导电性，在电催化过程中表现出优异的性能。近年来，随着先进表征技术的发展，研究人员能够在电化学反应过程中实时观察和分析催化剂的结构演变，揭示其非晶化机制以及探究其在电催化过程中作用。因此本论文对电化学过程中催化剂的原位非晶化过程进行了分析（图1）。

图1 图形摘要

图文导读

首先对目前电化学过程中涉及的原位非晶化机理进行了总结，主要涉及溶解-沉淀，各种氧化还原以及原子移动导致的原位非晶化。

图2 催化剂发生溶解-沉淀过程以及各种直接氧化还原导致的原位非晶化

图3 催化剂在电化学过程中产生氧空位以及发生原子移动导致的原位非晶化

然后总结了检测非晶化物种的各种非原位和原位表征方法（图4，5），这些表征方法能够帮助研究人员揭示非晶化物种的形成过程及其动态演化，进而理解非晶化物种在电化学过程中的作用。

图4 XRD和SEM的非原位和原位图揭示催化剂在原位电化学过程中的结构演变

图5拉曼光谱和X射线光电子能谱和吸收光谱揭示催化剂在原位电化学过程中的化学成分演变

本文讨论了通过调控预催化剂的性质和电化学条件来影响非晶化过程的策略。例如，通过调节催化剂的化学成分、结构和形貌，以及调整电化学操作参数和电解质条件，可以控制非晶化的程度和组成，从而优化催化剂的性能。

图5各种非氧化物金属催化剂的原位非晶化

图6具有异质结构的催化剂由于不同空间结构引起的原位非晶化

图7电化学过程中电化学施加方法以及电解质条件影响非晶化过程

最后，讨论了原位形成的非晶化物种在电化学氧化还原反应中的关键作用。这些非晶化物种具有高活性催化位点，优化的配位环境，丰富的缺陷位点和灵活结构特征，在长时间的电化学运行条件下维持稳定的电催化性能。

图8电催化剂在原位电化学过程中形成的稳定非晶结构并在长时间的运行过程中保持优异的电催化效果

挑战与展望

目前已有大量的研究探讨了电催化剂在电化学反应中的原位非晶化现象。然而，掌握电催化剂的原位非晶化过程仍然面临多重挑战，主要是发生非晶化的过程具有不可控性、表征技术的局限性、以及调控策略的复杂性。未来研究需集中于发展更先进的原位表征技术，深入探究非晶化机理，并结合各种先进的理论计算方法设计高效稳定的催化剂以拓展其在更多电化学反应体系中的应用，最终推动电化学能源转换技术的发展。

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课题组介绍

倪丙杰教授是新南威尔士大学土木与环境工程学院终身教授（Full Professor）, 博士生导师，澳大利亚ARC Future Fellow和ARC DECRA Fellow获得者。长期致力于废弃物处理处置及资源化、高效低耗废水生物处理技术、绿色环境功能材料开发和污染物转化过程的机理解析与数学模拟等方面的研究工作，被评为澳大利亚顶尖创新工程师和亚太地区优秀青年科学家，目前已出版学术专著2部，撰写学术专著章节30余章，发表SCI论文400余篇，其中在环境领域顶刊Environmental Science & Technology和Water Research上发表论文100余篇，SCI论文他引次数超过22000次，H指数81。担任Sustainable Horizons期刊编辑，Journal of Cleaner Production、Journal of Environmental Management及Environmental Research期刊副主编，同时担任Journal of Hazardous Materials Advances以及Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry等期刊编委。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202405270