南洋理工Jong-Min Lee，电子科大肖旭，复旦晁栋梁AM综述：电子调控助力非范德华二维材料电催化

非范德华（non-vdW）2D材料在所有三个维度上都表现出强大的化学键，在过去的几十年里被越来越多地研究。典型的non-vdW 2D材料是没有固有层状结构的平面结构，层数较少，厚度为0.5~10 nm，表面原子不饱和，呈现高活性和高能表面。这类材料扩展了二维材料的种类，并呈现了vdW 2D材料之外的新的化学和电子特性。non-vdW 2D材料的特性使其具有丰富的活性位点、快速的质子传递和电荷转移能力，有利于其在电催化方面的应用。

电子结构极大地影响着材料的物理和化学特性，从而引起材料的电子特性发生显著变化。因此，设计调控non-vdW 2D材料的电子结构是提高材料性能和功能的关键。到目前为止，非vdW 2D材料的电子结构可通过杂原子掺杂、空位工程、造孔工程、合金化和异质结构工程来调控。

新加坡南洋理工大学Jong-Min Lee团队，电子科技大学肖旭团队，复旦大学晁栋梁团队等系统综述了non-vdW 2D的研究进展，着重介绍了电子结构的调控，包括杂原子掺杂、空位构筑、造孔、合金化和异质结构筑策略，并概述了电子调控策略在电催化应用中的优势，包括电催化析氢（HER）、电催化析氧（OER） , 电催化氧还原（ORR）、电催化二氧化碳还原（CRR）、电催化氮还原（NRR）等。

图1. non-vdW 2D材料的电子结构调制方法及电催化应用。

作者们首先综述了non-vdW 2D电催化剂的研究进展及其代表性的合成方法，着重电子结构的调控，包括杂原子掺杂、空位构筑、造孔、合金化和异质结建立策略。之后结合密度泛函理论（DFT）分析和电化学实验结果概述了电子调控策略在电催化应用（HER, OER, ORR, CRR, NRR, HOR...）中的优势。最后，作者们分享了该领域目前的进展及面临的挑战和机遇，例如non-vdW 2D材料仍然不适合商业化，需要大规模的生产工艺以及低成本材料；电子结构对材料催化性能影响较大，需开发更有效的精细电子结构调控策略，如掺杂剂浓度、空位类型以及NS厚度等；需采用先进的表征技术，如X射线吸收谱、STEM及原位Raman等，深入了解电子结构变化对物理化学性质的影响；Non-vdW 2D材料的原子级催化反应机理尚不确定，需将原位光谱技术与理论研究结合，深入了解催化机理等。另外，还从材料、机理和性能方面展望了non-vdW 2D电催化剂的未来发展方向。

论文信息：

Electronic Modulation of Non-van der Waals 2D Electrocatalysts for Efficient Energy Conversion

Hao Wang, Jianmei Chen, Yanping Lin, Jianmin Li, Yao Li, Lijun Gao, Dongliang Chao*, Xu Xiao*, Jong-Min Lee*

Advanced Materials

DOI: 10.1002/adma.202008422

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Advanced Materials

期刊简介

《先进材料》（Advanced Materials）是一本超过30年历史，由Wiley出版发行的材料科学类知名权威期刊。期刊聚焦功能材料在化学、物理、生物等各项领域及相关交叉学科的前沿进展，影响力广泛。最新影响因子为27.389，中科院2020年SCI期刊分区材料科学大类Q1区、工程技术大类Q1区。

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