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DOI: 10.1016/S1872-2067(20)63536-7
前言
近日，《催化學報》在線發表了上海大學張久俊院士、趙玉峰教授團隊聯合西安建筑科技大學王娟教授在電催化領域的關于雙原子電催化劑的綜述文章。該工作全面總結了當前雙原子催化劑在制備、表征、應用方面的最新進展及面臨的挑戰。論文第一作者為西安建筑科技大學與上海大學聯合培養學生張晶，論文共同通訊作者為：王娟，趙玉峰。
背景介紹
發展可持續和清潔的電化學能源轉化技術是應對能源短缺和環境污染挑戰的關鍵一步，燃料電池、電解電池和金屬空氣電池作為清潔能源儲存和轉換裝置目前得到廣泛應用推廣，這些裝置依靠電催化反應以及電極材料上發生的電荷轉移過程來轉換電能和化學能。而電催化劑是該類裝置電極材料的核心部件，單原子催化劑 (SACs) 以其暴露的活性位點、高選擇性和最大限度地原子利用率而受到人們的廣泛關注。然而，隨著單原子表面自由能的增加，粒子在制備和催化過程中的聚集，催化活性位點的降低和催化劑負荷的相對較低，嚴重制約了 SACs 的發展和應用。考慮到 SACs 的以上不足，為了進一步增加單原子活性位點的數量和負載，雙原子催化劑 (DACs) 作為 SACs 家族成員的擴展近年來逐漸興起，且兩種金屬原子（同核/異核）在 DACs 中的協同作用顯著提高了催化劑的催化活性。目前，DACs 已成功地應用于各種電催化系統和電化學能源轉換器件。本文從 DACs 的制備、表征及潛在應用等方面對 DACs 的研究現狀進行了系統的綜述。
本文亮點
（1） 基于目前的研究現狀，系統地總結了同核雙原子和異核雙原子催化劑的優點。
（2） 結合當前的研究基礎，重點對其雙原子催化劑的制備、表征、電催化以及電化學能源器件方面的應用進行了詳盡的總結歸納。
（3） 從技術和應用兩個方面詳細展望了雙原子催化劑的機遇、發展和挑戰趨勢。
圖文解析
1、圖文摘要
基于單原子催化劑（SACs），考慮到單個原子和支撐材料之間的接觸面積小且相互作用相對較弱，為了進一步增加單原子活性位點數量和負載量，雙原子催化劑（DACs）作為單原子催化劑擴展的家庭成員近年來開始新興。盡管雙原子催化劑方面的研究還處在萌芽階段，但截止目前已報道的研究工作主要集中在兩個方面：同核金屬雙原子催化劑和異核金屬雙原子催化劑，而其中大多研究與同核金屬雙原子相關。本文基于當前最新的研究工作對比了同核/異核DACs的不同優勢。對于制備得到性能優異的DACs，一系列包括原子層沉積法、濕化學吸附法以及高溫熱處理法等在內的方法被列舉，其中高溫熱處理法因應用廣泛被重點強調。與此同時，本文也對DACs的表征和識別手段進行了重點概括，包含XANES，EXAFS，IR，DFT等。此外，對于當前DACs在電化學方面的主要應用方向也在文中進行了詳細歸納和對比。主要應用以氧還原反應（ORR）和二氧化碳還原反應（CO2RR）為主。
2、DACs在電催化中的應用
2.1、ORR
氫氧燃料電池是一種潔凈高效、安全環保的新能源技術，燃料電池汽車是我國新能源汽車的重要發展方向，其中陰極 ORR 是燃料電池的核心催化反應之一。當前，貴金屬鉑資源的稀缺性和它的高成本以及 ORR 的動力學惰性嚴重限制了能源器件的進一步發展。為了解決這些問題，將催化劑的活性物種從顆粒降低到原子尺度是一個有效的策略對于提高催化劑的性能，以此同時，在原子尺度上設計 DACs 既彌補了 SACs 負載量低的缺陷，還利用雙原子與載體之間的強相互作用提高了活性位點的本質活性，另外，金屬雙原子之間的協同作用對于 O-O 鍵的斷裂具有很大的輔助優勢。