近日，深圳大学化学与环境工程学院何传新教授团队在国际顶尖期刊Advanced Energy Materials（影响因子29.698，中科院JCR 1区）、Advanced Functional Materials（影响因子19.924，中科院JCR 1区）、Nano Energy（影响因子19.069，中科院JCR 1区）、Chemical Engineering Journal（影响因子16.744，中科院JCR 1区）、Science China Materials（影响因子8.64，JCR 1区）以及Chinese Chemical Letters（影响因子8.455，中科院JCR 1区）连续发表6篇研究论文。

题为《Cation Defect Engineering of Transition Metal Electrocatalysts for Oxygen Evolution Reaction》的论文由团队严大峰博士后为第一作者，何传新教授、湖南大学王双印教授和华中科技大学夏宝玉教授为共同通讯作者，深圳大学为第一作者单位和第一通讯单位。

氧气析出（OER）是电解水制氢和金属空气电池等能源存储与转换器件中的重要半反应。OER过程是一个多步、多电子过程，其反应动力学缓慢，很大程度上限制相关能源存储与转换器件的转换效率。因此，亟需开发高效的电催化剂来克服OER的动力学能垒，进而降低能耗。最近，众多研究成果表明选择性地引入阳离子空位缺陷能够显著提升OER性能。

综述结构图

在本综述中，首先简要讨论了OER反应机理，然后探讨了阳离子空位缺陷对OER催化剂性能的不同作用，主要包括提高导电性，优化关键中间体的吸附，诱导表面重构形成活性物种，增强长期稳定性。本综述系统地介绍了不同催化剂中阳离子空位缺陷的构筑方法，主要包括电化学选择性去除、等离子刻蚀、酸碱溶液刻蚀和有机分子辅助制备等方法。本综述还进一步详细地讨论了阳离子缺陷的相关表征方法。最后，针对阳离子缺陷工程策略在合成、、表征、动态演变和实际应用等方面，本文总结了一些关键问题和挑战，并对未来该领域发展进行了展望。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202202317

题为《Homogeneous Metallic Deposition Regulated by Porous Framework and Selenization Interphase Toward Stable Sodium/Potassium Anodes》的论文由团队刘凡凡博士后为第一作者，何传新教授和中国科学技术大学余彦教授为共同通讯作者，深圳大学为第一作者单位和第一通讯单位。

由于钠（钾）资源储量具有远高于锂储量的优势，钠（钾）二次电池被认为是具有潜力的储能器件之一。在钠（钾）二次电负极材料中，钠（钾）金属负极具有低电极电势和高理论容量的优势，能够显著提升钠/钾二次电池的能量密度。然而，钠/钾金属负极在充放电过程中仍然面临着体积膨胀、枝晶生长和固液界面膜（SEI）不稳定等诸多挑战。因此，开发稳定的钠（钾）金属负极是实现高能量密度电池器件的关键要素之一。

该工作通过一步硒化法在多孔铜基体表面可控生长了具有亲钠（钾）性的Cu2Se纳米片，并通过高效的熔融渗钠（钾）方法可控制备了复合钠（钾）金属负极。研究表明，该复合负极中三维多孔铜骨架提供了钠（钾）金属储存和沉积的空间，并起到了均匀化离子流的作用。密度泛函理论计算（DFT）和多物理场仿真模拟（COMSOL）揭示了二次产物Na2Se/Cu（K2Se/Cu）具有稳定界面SEI、促进钠（钾）离子快速传输和调控钠（钾）沉积的行为。通过非原位扫描和原位光学电池进一步研究发现该复合钠（钾）金属负极能够有效地促进金属的均匀沉积行为并抑制枝晶生长。因此，该复合钠和复合钾金属负极对称电池均展现出稳定、长寿命的钠（钾）沉积行为。其中，复合钠负极对称电池在1 mA cm-2电流密度下能够稳定循环500小时，复合钾负极在0.5 mA cm-2电流密度下能够稳定循环1000小时。在当该复合钠负极匹配磷酸钒钠正极材料时，在10 C的电流密度下全电池可以稳定循环800圈，容量保持率高达95.1%。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202210166

题为《Boosting electrochemical nitrate-ammonia conversion via organic ligands-tuned proton transfer》的论文由蔚佳莹博士后为第一作者，何传新教授和胡琪副教授为共同通讯作者，深圳大学为第一作者单位和唯一通讯单位。

随着含氮肥料和其他化学品（如纺织品）在世界范围内的应用，硝酸盐（NO3-）正在地表和地下水中迅速积累。这导致了严重的环境问题，例如光化学烟雾和酸雨。此外，NO3-在体内可转化为致癌物亚硝酸盐（NO2-），对人体健康也构成极大威胁。因此，业界希望采用NO3-作为原料来生产无害甚至增值的产品，从而实现氮循环闭环。

电化学硝酸盐（NO3-）还原反应（NO3-RR）提供了在环境条件下收集氨（NH3）的理想途径。尽管Cu基NO3-RR电催化剂最近取得了进展，但它们的合成在很大程度上依赖于对含氮中间体的吸附强度的调节，而忽略了其他重要因素（即质子转移速率）。在这里，我们选择铜纳米粒子（NPs）作为模型催化剂来研究质子转移率是否以及如何影响NO3-RR动力学。结果表明，质子转移参与了NO3-RR的决速步骤（RDS），而Cu的弱水解离能力导致质子转移速率缓慢，从而导致NO3-RR动力学缓慢。为此，我们通过引入未配位的羧酸盐配体以实现快速质子转移来增强Cu NPs的水解离能力，从而促进关键中间体的氢化，降低NO3-RR的整体能垒。因此，带有配体的Cu NPs显示出496.4 mmol h−1 gcat−1的最大 NH3产率，这优于没有配体的对应物。这项工作不仅加深了我们对NO3-RR机理的认识，而且为高效电催化剂的合理设计提供了新的指导方针。

催化剂的NO3-RR机理示意图

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285522007832

题为《Confining ultrafine Ru clusters into TiO2 lattice frameworks to yield efficient and ultrastable electrocatalysts towards practical hydrogen evolution》的论文由蔚佳莹博士后为第一作者，何传新教授和胡琪副教授为共同通讯作者，深圳大学为第一作者单位和唯一通讯单位。

氢作为一种高效的绿色能源，被广泛认为是化石燃料的理想替代品，从而实现了未来的可持续能源蓝图。然而，氢气的大规模生产仍然很大程度上依赖于蒸汽重整甲烷的路线，这需要以化石燃料为原料，并排放大量的二氧化碳。以可再生电力为动力的电化学水分解为高效、环保的制氢提供了一种替代途径。尽管质子交换膜实现的酸性水分解已显示出多项优势，但碱性分解更节省成本。然而，阴极半反应，即析氢反应（HER），在碱性介质中的反应动力学缓慢，比酸性介质中的反应动力学低2-3个数量级。为此，人们付出了大量努力来开发用于促进碱性HER的高效电催化剂。

Ru基纳米材料是碱性介质中析氢反应（HER）的最佳电催化剂之一，但它们的稳定性仍然有待提高，尤其是在实际应用的苛刻条件下（即80 °C，6 M KOH）。我们发现，由于Ru与载体之间仅存在弱相互作用，传统表面负载的Ru电催化剂实际上在恶劣条件下很不稳定。在这里，我们报告了一种晶格限域的方法，即通过将超细Ru团簇限制在TiO2晶格框架中的方法，来同时增强Ru的稳定性和内在活性。令人印象深刻的是，这种受限制的Ru在苛刻条件下为HER提供了出色的性能，例如在800 mA cm-2时仅需116 mV的小过电位，在300 mA cm-2时可实现200小时连续HER的长期稳定性。正如计算和实验结果所揭示的那样，晶格限域策略可以显著增强Ru和TiO2之间的相互作用，促进电子从Ru转移到TiO2，从而很大程度上加强了Ru的稳定性，避免了Ru在稳定性测试期间的解离和聚集。因此，晶格限域策略是作为提高电催化剂活性和稳定性的可靠方法之一。

催化剂稳定性测试图

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722027371

题为《Ternary PtRuTe alloy nanofibers as an efficient and durable electrocatalyst for hydrogen oxidation reaction in alkaline media》的论文由团队马思阅博士后为第一作者，何传新教授为通讯作者，深圳大学为唯一作者单位和唯一通讯单位。

质子交换膜燃料电池是当下最有前景的可再生能源系统之一，其环保和高能效的优势有望解决当前愈加严峻的环境问题和化石燃料引发的能源危机。然而，高昂的成本和迟缓的反应动力学一直阻碍着这一领域的发展。

在本研究中，我们报道了一种电置换反应合成铂原子比仅为11%的三元PtRuTe合金纳米纤维的简易方法。通过调节碲对铂和钌的电子贡献可以优化表面铂和钌原子与氢和羟基物质之间的吸附强度。基于此，该PtRuTe催化剂的动力学电流密度和交换电流密度在相50 mV（vs. RHE）时达到了30.6 mA cm−2geo和0.426 mA cm−2metal, 分别是碱性介质中商业Pt/C催化剂活性的3倍和2.5倍。此外，PtRuTe催化剂在2000次电势循环后活性仅衰减5%，展现出了优异的稳定性。本研究可为合理设计多元合金以提高碱性介质中氢气氧化电催化效率提供参考。

PtRuTe纳米纤维合成示意图

论文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s40843-022-2089-6

题为《Bimetallic two-dimensional materials for electrocatalytic oxygen evolution》的论文由团队李小杰博士后为第一作者，何传新教授为通讯作者，深圳大学为唯一作者单位和唯一通讯单位。

电催化析氧反应（OER）是电催化水分解的重要半反应之一。然而，涉及四电子转移的缓慢动力学过程严重限制了其反应效率，进而限制了整体电催化水解效率。为了提高电催化OER的活性，研究人员主要从三个方面对催化剂进行更新换代，即提高电催化剂的电导率，提升活性位点的数量和质量。二维（2D）工程可以有效降低材料的电阻并增加电化学活性位点的数量，而双金属策略可以通过改变材料的电子结构来提高活性位点的质量。因此，二者的结合可以在所有三个方面提高电催化OER的活性。然而，目前并没有关于此主题的综述和评论。

因此，在本综述中，我们从结构、合成策略、催化效率和反应机理四个方面总结了双金属二维材料在电催化OER中的应用。其中，从双金属的角度来看，其合成策略包含液-液、液-固、固-固三种模式。从二维纳米材料的角度来看，其合成策略可分为自上而下、自下而上和模板转换法三类方式。在反应机理方面，二维特性主要可以提高电荷传输能力，提高电催化剂的电化学活性位点数量，而双金属主要可以提升活性位点的质量。因此，两者的结合可以增强材料在电催化各个阶段的催化活性。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1001841721010482

这些研究工作得到了国家自然科学联合重点项目、面上基金、广东省自然科学基金粤深联合重点项目和深圳市重点技术研究项目的资助。