燃料電池、水電解槽、金屬-空氣電池等清潔能源技術的核心依賴于一系列基于氧和氫的電催化反應,包括氧還原反應(ORR)、析氧反應(OER)和析氫反應(HER),這些反應需要高成本效益的電催化劑來提高能效。近十年來,復雜金屬氧化物(除簡單的過渡金屬氧化物、尖晶石氧化物和ABO3鈣鈦礦氧化物)因其特殊的晶體結構和獨特的物理化學性質,已成為具有電催化活性的氧和氫電催化理想選材。2024年12月11日,南京航空航天大學朱印龍教授/郭萬林院士、南京工業大學邵宗平教授在國際期刊Chemical Society Reviews發表題為《Beyond conventional structures: emerging complex metal oxides for efficient oxygen and hydrogen electrocatalysis》的研究綜述,朱印龍教授為論文第一作者,朱印龍教授、郭萬林院士、邵宗平教授為論文共同通訊作者。朱印龍,南京航空航天大學國際前沿科學研究院教授,國家海外高層次青年人才入選者(海外優青),南航“長空英才”。2017年在南京工業大學獲博士學位?(導師:邵宗平和周嵬教授);2018-2021年在澳大利亞莫納什大學?(Monash University)?從事博士后研究、擔任DECRA項目研究員?(合作導師:王煥庭院士)。2022年回國入職南京航空航天大學前沿院成立“清潔能源催化材料與器件”實驗室。朱印龍教授長期從事新能源材料與器件研究(燃料電池、金屬空氣電池、電催化/電合成等)。共發表SCI論文90余篇。郭萬林,南京航空航天大學教授,中國科學院院士,國家杰青(1996年),教育部“長江學者”特聘教授(1999年)。1981-1991年,在西北工業大學獲學士、碩士和博士學位。郭萬林院士主要從事飛行器結構安全和智能化方面的力學理論和關鍵技術研究。目前致力于材料-結構-功能一體化、數字航空宇航結構工程、水伏學的研究。邵宗平,南京工業大學教授。1995年本科畢業于原杭州大學(現浙江大學),2000年博士畢業于中科院大連化物所,2000-2002年在法國科學研究中里昂催化研究所作訪問學者,2002-2005年在美國加州理工學院從事博士后研究,2005年加入南京工業大學。邵宗平教授在能源儲存和環境催化領域長期從事高質量的、創新性的研究。到目前為止,在高溫固體氧化物燃料電池、質子交換膜燃料電池、電解水制氫、鋰離子電池、太陽能電池、低溫催化、水處理、混合導體透氧膜等方向具有豐富的研究經驗。在國際主流期刊包括Nature、Nature Energy、Nature Communications、Science Advance等上發表論文700余篇。在這篇綜述中,作者全面介紹了復雜金屬氧化物在ORR、OER和HER電催化中的研究進展。首先,作者簡要介紹了ORR、OER和HER的一些基本概念,并詳細介紹了復雜金屬氧化物的物理化學特性、合成方法和結構表征。隨后,作者全面概述了已報道的用于ORR、OER和HER電催化的各種復雜金屬氧化物,如雙/三/四鈣鈦礦、鈣鈦礦氫氧化物、鈣鐵石、Ruddlesden-Popper氧化物、Aurivillius氧化物、鋰/鈉過渡金屬氧化物、燒綠石、金屬磷酸鹽、多金屬氧酸鹽以及其他特殊結構的氧化物,重點介紹了促進它們性能和結構-性能關系的設計策略。此外,作者還討論了復雜金屬氧化物在燃料電池、水電解槽和金屬-空氣電池中的實際應用。最后,作者提出了一些總結性意見,總結了這一主題的挑戰、展望和研究趨勢。圖1:復雜金屬氧化物在ORR、OER和HER中的主要成就的時間線圖2:復雜金屬氧化物在氧氣和氫氣電催化中的示意圖,總結這篇綜述中包括的它們的物理化學屬性、合成方法、結構表征和器件應用圖3:復雜金屬氧化物的典型晶體結構圖4:用于復雜金屬氧化物的典型合成方法的示意圖 圖5:用于探測復雜金屬氧化物晶體和電子結構的幾種表征技術的示意圖綜上,這篇論文綜述了復雜金屬氧化物在氧和氫電催化反應中的應用進展,包括它們在燃料電池、水電解槽和金屬-空氣電池中的核心作用。研究結果表明,這些復雜金屬氧化物因其獨特的晶體結構和物理化學特性,展現出比傳統簡單金屬氧化物更優異的電催化性能,對于開發高效、低成本的電催化劑具有重要意義,有望推動可持續能源技術的發展。Beyond conventional structures: emerging complex metal oxides for efficient oxygen and hydrogen electrocatalysis,?Chem. Soc. Rev.,?2024.??