《表2 典型碳基中空析氢催化剂性能总结》

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《中空碳基材料在电解水中的研究进展》

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由于中空材料合成方法的一步步改进，特别是模板法由硬模板法、无模板法到自模板法逐步演化，能合成的中空碳材料的形貌和种类也越来越多，方法步骤也日趋简化，对性能的提升打下了坚实的基础，展现了中空碳基催化剂材料的巨大发展潜力。本文综述了电解水催化剂的设计原则和近年来中空碳材料分别作为活性相和导电载体来制备中空微纳结构催化剂的一些代表性工作，并从空间位置上对碳作为导电载体的复合催化剂进行了进一步分类，重点介绍了碳包覆、中空碳为载体和复合型中空碳基催化剂材料（表1，表2）。由上述介绍的典型工作可以看出中空碳材料对性能的提升主要原因在于：（1）中空碳材料具有大比表面积，有利于暴露更多活性位点；（2）中空碳材料中成分分布更加均匀，有利于每个活性位点充分发挥其催化性能；（3）更多的孔隙结构有利于反应物的扩散；（4）容易改变电子结构，形成多物质间的协同作用，对性能提升较大；（5）对导电性的提升较大；（6）中空结构和碳基材料之间可能存在的协同作用也为催化剂的合成提供了更多的可能。虽然中空碳材料具有很多用于催化的优势，但依然存在很多问题，如工艺的复杂性问题、活性仍低于贵金属系催化剂等。虽然对于此类研究已经有了一些令人可喜的进展，但要想实现中空碳基催化剂在电解水中的工业化应用还需假以时日，在未来的研究中，仍然有许多方面有待探究，例如可以进一步优化催化剂的传质过程，通过改善催化剂和氧气的吸脱附从而增强其催化性能。还可以探讨优化新的体系，比如可以优化OER的反应路径，用两电子路径去产生高附加值产品替代四电子路径氧气的生成，从而提高水分解的产率。此外，由于实现工业化应用所需的催化剂产量较大，因此对于实现其批量化生产的研究也需要关注。还可以探讨相关器件间的联用，从而提升整体器件的效率和性价比，这也是目前研究相对较少的一方面。