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ACS Catal.：析氫反應(yīng)催化位點(diǎn)理解和設(shè)計(jì)的理論研究進(jìn)展

氫能是動(dòng)力和交通運(yùn)輸中的綠色能源。采用采用可再生能源在裂解水得到氫氣是可持續(xù)能源研究中的重要反應(yīng)-析氫反應(yīng)。析氫反應(yīng)也是理解電催化和設(shè)計(jì)電催化劑的模型反應(yīng)。目前相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究有了很大的進(jìn)展，與此同時(shí)，基于密度泛函理論的計(jì)算模擬是在原子層面認(rèn)識(shí)催化反應(yīng)活性位的催化機(jī)理的重要的手段。結(jié)合催化劑電子結(jié)構(gòu)來(lái)理解其催化性能極大的推動(dòng)了電催化的發(fā)展。

質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移過(guò)程：

Volmer?Tafel pathway和Volmer?Heyrovsky mechanism示意圖：

金屬催化劑表面H的吸附結(jié)構(gòu)及吸附能：

文中詳細(xì)闡述了析氫反應(yīng)中的基本概念，包括：質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移過(guò)程，幾種反應(yīng)機(jī)理，動(dòng)力學(xué)分析和活性描述參數(shù)。系統(tǒng)地講述了理論計(jì)算在析氫反應(yīng)中的研究進(jìn)展。吉布斯自由能的計(jì)算、自由能分析、在計(jì)算模型中局域環(huán)境的考慮，催化劑的電子結(jié)構(gòu)（d帶中心和價(jià)帶軌道能級(jí)），以及計(jì)算方法學(xué)上的進(jìn)展。這些都是致力于對(duì)析氫反應(yīng)有更準(zhǔn)確的理論描述。通過(guò)理論計(jì)算研究催化反應(yīng)活性位點(diǎn)對(duì)在原子層面理解反應(yīng)的構(gòu)效關(guān)系具有重要作用。

Theoretical Advances in Understanding and Designing the Active Sites for Hydrogen Evolution Reaction，ACS Catal. 2022, 12, 8404?8433

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