隨著化石能源的日漸枯竭和環境問題的日益凸顯，尋求和開發一種清潔、廉價、高效的可再生能源已經變得十分迫切。自然界中存在大量且易獲得的小分子物質,例如H₂、O₂、N₂、CO₂、H₂O等。利用小分子的定向轉化合成高附加值的化學品、燃料和化肥等受到了廣泛關注。尤其現在新能源電池發展得如火如荼，除了鋰電池外，燃料電池、鋰空氣電池等新型電源也受到廣泛的研究。氧和氫兩類能源小分子的電催化轉化（氧還原、氧析出和氫析出反應）是燃料電池、金屬空氣電池和水電解槽三類能量轉化裝置的核心反應，對裝置的轉化效率和可靠性起到決定性的作用。

電催化析氫反應

例如在目前大力發展的燃料電池中，燃料的能量被轉換成電能，但是燃料的電氧化速度很慢，需要使用電催化劑。電催化轉化的三個反應看似簡單，實際卻是世界性的難題。因為是多電子反應，會存在動力學緩慢、過電位高、催化劑活性低、成本高、穩定性差等問題；在實際應用的裝置中，涉及到氣體、液體和固體電極三相，同時還是在強酸或強堿下的帶電界面反應，因此對電極和催化劑的要求極其苛刻。

電沉積法、水熱/溶劑熱法、氣相沉積法等都可以制備電催化電極，其中電化學沉積法是一種在電場作用下，通過發生氧化還原反應，使溶液中的離子沉積到陰極或者陽極表面上而得到所需鍍層（薄膜或涂層）的過程。這種方法具有條件溫和、操作簡單、耗時少、能耗低的優點，通過改變電解液組成、電壓/電流大小與沉積時間，還可以調節催化劑形貌。電沉積法也更適合規模化生產，這對于推動電化學能源轉換系統的商業化進程具有重大意義。

不過，電沉積方法要在未來制備能量轉換系統的商業化電極還面臨很多關鍵挑戰，例如電沉積方法要求基體材料具有良好的導電性，而且很難實現對催化劑納米結構的精細控制；同時，還需要優化電極性能 （孔隙率、浸潤性、透氣性等），擴大電極面積并且改善電極的穩定性能力。總之，電沉積方法制備自支撐電極具有巨大潛力，但是在精細調控與更好滿足商業化需求方面還面臨諸多挑戰。

電化學沉積法制備薄膜示意圖

那么如何更好地制備高性能催化電極以及催化劑，實現電催化的高效轉化呢？請務必關注粉體圈即將在11月15日15:00上線的在線直播課程！屆時，將由來自南開大學化學學院碩士生導師嚴振華博士為大家講解報告“能源小分子電催化材料設計與制備”，報告將主要介紹如何利用電沉積技術制備高性能電解水催化電極、如何從原子級層面設計制備高效氧還原催化劑，并闡述如何搭建電化學原位拉曼裝置分析催化劑在電解過程中的結構演變過程。

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在線分享主題：能源小分子電催化材料設計與制備

主講人：嚴振華 博士、碩士生導師 南開大學

時間：2022年11月15日 15:00-16:00

報告人簡介

嚴振華，南開大學化學學院碩士生導師，eScience編輯辦副主任。2011和2014年分別在聊城大學獲學士和碩士學位，2015年在中國農業科學院擔任實習研究員， 2018年在南開大學獲博士學位并留校任講師，兼任陳軍院士科研助手。聚焦新型電極材料制備新方法的研制，特別關注電沉積和原位拉曼光譜技術在電催化和二次電池中的應用，與多家新能源企業緊密合作。主持和參加國家重點研發計劃、國家自然科學基金和企業橫向課題等項目8項。主編出版《新能源科學與工程導論》本科教材一部，已被多所高校指定為參考教材。在Nat. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Chem. Rev.、Natl. Sci. Rev.、CCS Chem.等期刊發表SCI論文50余篇，他引4000余次，其中高被引論文8篇，申請中國發明專利10余項，獲授權2項。

珠海新能源論壇會務組

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